खगोलरसायन (astrochemistry), रसायन विज्ञान की वह शाखा है जिसमें ब्रह्माण्ड में अणुओं की उपस्थिति एवं उनकी अभिक्रियाओं का अध्ययन किया जाता है। अणुओं पर विकिरण (रेडिएशन]] के प्रभाव का भी इसमें अध्ययन किया जाता है। वस्तुतः यह खगोलिकी और रसायन के सम्मिश्रण से बनी विधा है। खगोलरसायन, अपने सौर मण्डल से सम्बन्धित हो सकता है या अंतरातारकीय माध्यमों (interstellar medium) से।