，为了要了解与宇宙大尺度结构与星系演化，需要观测遥远星系与星系团。红移巡天是一种常见的手段，包括2度视场星系红移巡天、 史隆数位巡天，以及即将发布的大型综合巡天望远镜。这些光学观测一般以光度测定或光谱来测量星系的红移，然后通过哈勃–勒梅特定律，确定由于本动速度引起的距离模数红移扭曲。另外，星系的天体坐标可以提供关于其他两个空间维度的信息。依据这些信息，人们可以建构出星系在宇宙中的三维分佈。极端深空观测（可以说是对极端暗的天体观测）也是一个宇宙学中重要的观测方法，例如哈伯深空、哈伯超深空和哈伯南天深空。