用天文現象和天文觀測方法驗證廣義相對論的正確性。廣義相對論是關於引力相互作用的理論。在天文現象中，引力作用往往占主導地位。有關廣義相對論的一系列的關鍵性檢驗，都是由天文觀測來完成的。愛因斯坦建立廣義相對論後，提出瞭可從三方面來觀測檢驗廣義相對論的結論：①弱引力場中的效應，②宇宙學效應，③引力波效應。
利用太陽引力場觀測弱引力場效應的工作，作得最為精細。主要有以下幾個方面：
① 引力紅移移 廣義相對論預言，從太陽表面發出的譜線與地球上同樣原子的譜線相比，波長較長(紅移)，移動量等於速度為每秒0.6公裡的多普勒效應移動量。二十世紀六十年代初的檢驗結果是，觀測值為(1.05±0.05)×理論值。
② 光線偏轉 廣義相對論預言，當光線經過太陽引力場後，它的方向要發生偏轉，偏轉角為
式中
r為光線距太陽中心的最短距離（以太陽半徑為單位）。利用日全食時觀測比較星的位置變化，或者利用太陽遮掩或掠過
黃道附近的
射電源時觀測射電源的位置變化，可以進行這一檢驗。1975年的觀測結果是
α∝
r
-1.02±0.03，其比例系數為(1.007±0.009)×
1
.
″75。
③ 行星軌道近日點反常進動 在廣義相對論建立之前，就知道水星近日點具有牛頓理論所不能解釋的反常進動，每百年43.″11。愛因斯坦利用廣義相對論計算結果為每百年43.″03，二者幾乎相等。其他天體的近日點反常進動值（每百年的值）見表：
其他天體的近日點反常進動值（每百年的值）
④ 雷達回波的延遲 廣義相對論預言，當從地球向地內行星發射雷達信號，並接收其回波時，如果雷達波在太陽附近通過，則回波的時間要比不在太陽附近通過有所延遲。在行星上合時（見行星視運動），作此實驗。對水星、金星的觀測結果是理論值的1.015倍；對行星探測器“水手”6、7號的觀測結果，也與理論值相符。
在宇宙學方面最主要的檢驗是關於宇宙膨脹的預言。1929年發現星系的譜線紅移與距離成正比(見哈勃定律)，這是對宇宙膨脹學說的一個支持(見大爆炸宇宙學)。關於引力波理論的第一個觀測檢驗是在1978年完成的。射電脈沖星PSR1913＋16是由兩顆致密星構成的雙星，對它進行瞭四年多的監視性觀測後，發現它的公轉周期系統性地變短，觀測值與由引力輻射阻尼理論計算的結果相符合。