Moderná astronómia vďačí za mnohé nové objavy a poznatky rádioastronómii. Rádiové žiarenie prichádzajúce z vesmíru objavil roku 1931 Karl Guthe Jansky (1905-1950). Už roku 1936 si zhotovil rádioinžinier a zanietený astronóm amatér Grote Reber (nar. 1911) prvý rádiový ďalekohľad s pohyblivou anténou priemeru 9,5 metra, pracujúci na vlne 60 cm. Po niekoľkoročných pozorovaniach sa mu podarilo zostrojiť prvú rádiovú mapu Galaxie na vlnovej dĺžke 1,87 m (1940-1942).

Rádiové žiarenie Slnka objavil roku 1942 James Stanley Hey (nar. 1909). V rokoch 1944-1949 objavili J. S. Hey, S. J. Parsons a J. W. Philips prvý rádiový zdroj na oblohe - Cygnus A v súhvezdí Labuť. Pomocou 5 m reflektora na Mount Palomare zistil roku 1953 W. Baade a Rudolf Leo Minkowski (1895-1976), že tento rádiový zdroj je totožný s eliptickou pekuliárnou galaxiou M 87. Ďalší rádiový zdroj Cassiopeia A objavil roku 1947 sir Martin Ryle (nar. 1918) a Francis Grahan Smith (nar. 1923). Minkowski ho identifikoval optickými pozorovaniami ako plynový pozostatok supernovy. Roku 1951 bolo objavené rádiové žiarenie medzihviezdneho vodíka na vlne 21 cm, ktoré teoreticky predpovedal roku 1944 Hendrik Christoffel van de Hulst (nar. 1918) a krátko po ňom s podrobným teoretickým rozborom aj Josif Samuilovič Šklovskij (1916-1985). Objav rádiového žiarenia medzihviezdneho vodíka umožnil veľmi účinne skúmať špirálovú štruktúru Galaxie na rádiových vlnách nerušených medzihviezdnou absorpciou.

Intenzívny rádioastronomický výskum v uplynulých desaťročiach podmienila konštrukcia veľkých rádiových ďalekohľadov, rádiových interferometrov a rádiová metóda apertúrovej syntézy na veľkých vzdialenostiach, ktorá umožňuje rádiové pozorovania s vysokou rozlišovacou schopnosťou. Začiatkom šesťdesiatych rokov boli zostavené prvé veľké katalógy rádiových zdrojov, medzi nimi aj známy katalóg 3C (tretí katalóg rádiového observatória v Cambridgei). Ukázalo sa, že najväčšiu časť rádiových zdrojov tvoria mimogalaktické objekty; v súčasnosti je ich známych vyše 10 000.

Pre astronómiu bola cenným prínosom aj aktívna rádioastronómia, ktorá skúma radarovými metódami telesá slnečnej sústavy (meteory pri ich lete zemskou atmosférou, Venušu, Mars). Priekopníkom v tejto oblasti bol najmä sir Alfred Charles Bernard Lovell (nar. 1913). Analýzou radarových záznamov objavil roku 1966 vysoké útvary na Marse Carl Edward Sagan (1934-1996).

Rádioastronomickými pozorovaniami sa objavili viaceré netušené kozmické objekty.