אסטרונאוט, טייס חלל בעברית, הוא אדם שטס לחלל במסגרת עבודתו. ברוסיה טייסי החלל מכונים קוסמונאוטים, ובסין הם קרויים טייקונאוטים. ישנם אסטרונאוטים המתפקדים כטייסים, והם מנווטים ומפעילים את החללית. אחרים מתמחים בביצוע משימות בחלל: הם מתחזקים ומתקנים את החללית והציוד הנלווה או משחררים לוויינים. צוותי האסטרונאוטים גם עורכים ניסויים מדעיים שונים, שנועדו להרחיב את הידע של האנושות על החלל, החיים בחלל השפעתו על גוף האדם ועל חומרים שונים. האסטרונאוטים עובדים לפעמים גם מחוץ לחללית, למשל לצורך תיקונים. משימה כזו נקראת "הליכת חלל", ובה צריכים האסטרונאוטים לעטות חליפת חלל, שתגן עליהם מפני התנאים הקשים השוררים בחלל כגון קרינה מסוכנת, ריק, חום או קור עזים ועוד.
לפני שיוכלו לטוס לחלל, צריכים האסטרונאוטים לעבור הכשרה ממושכת ומורכבת. ההכשרה כוללת, בין היתר, לימודי מדעים כמו אסטרונומיה, פיזיקה ומדעי המחשב, הקניית כישורי הישרדות בתנאים מיוחדים, תפקוד במצבי חירום ובמצבי לחץ ותפעול של מכשירים וכלים לטיסות חלל, כמו חליפת חלל וכלי עבודה. לפני הטיסה האסטרונאוטים מתאמנים בסימולטורים – מכשירי הדמיה שמדמים את תהליכי ההמראה, השיוט, הפעילות והנחיתה של חללית.
יורי גגארין הרוסי היה האסטרונאוט הראשון. בשנת 1961 הוא היה לאדם הראשון ששהה בחלל, כשהשלים הקפה סביב כדור הארץ בחללית ווסטוק ונחת בשלום חזרה על אדמת כדור הארץ. אלכסיי ליאונוב הרוסי היה הראשון שיצא אל מחוץ לחללית, בשנת 1965. הוא שהה מחוץ לה, בחלל, בערך כ-20 דקות. האסטרונאוטית הראשונה קרויה ולנטינה טרשקובה ואחד האסטרונאוטים המפורסמים ביותר הוא ניל ארמסטרונג האמריקני, שבשנת 1969 היה לאדם הראשון שהלך על אדמת הירח באפולו 11.
