宇宙学研究主要关注于从大爆炸开始至今的宇宙形成和演化。它研究的是星系在空间分布上的大尺度结构及其动力学性质，目的是为了回答关于宇宙起源、空间结构、演化以及终极命运等基本问题。物理宇宙学始于Albert Einstein在1915年提出的广义相对论，随后在20世纪20年代的一系列重要的观测发现进一步推动了这个领域的发展。Edwin Hubble发现宇宙是由大量河外星系组成的，并且宇宙还在膨胀。这一发现最终导致了作为主流宇宙学模型的大爆炸理论的建立。从20世纪90年代开始，诸如微波背景辐射（CMB）、遥远的超新星观测以及星系红移巡天等一系列观测宇宙学的蓬勃开展推动了标准宇宙模型理论的发展。

     星系的空间分布并不是均匀和各向同性的。星系在宇宙中会“等级成团”地形成大尺度结构，包括星系群、星系团、超星系团、星系团片、星系墙、以及星系丝状大尺度结构。这些结构彼此之间充斥着广阔的真空区域，形成一个巨大的泡沫状结构，有时被称为“宇宙网”。

     上海交通大学天文学系在宇宙学和大尺度结构领域具有世界一流的科学团队（包括景益鹏院士、杨小虎教授、张鹏杰教授等）。另外，交大天文学系还加入了暗能量光谱巡天（DESI）计划。DESI巡天将会观测上千万星系和类星体的光学波段光谱，构建从近邻宇宙到110亿光年范围内的三维宇宙结构图，测量暗能量在宇宙膨胀方面的效应。DESI巡天于2019年开始观测，使用Kitt Peak国立天文台的Mayall 4米望远镜。