تواجه الهندسة الفلكية في دراسة الظواهر السماوية الكثير من التحديات، بما في ذلك:
1- تداخل الضوء: حيث تواجه الهندسة الفلكية مشكلة التعرض لتداخل الضوء، من مصادر مختلفة، كالأضواء الصناعية والشوارع والمصابيح الكهربائية وحتى الضوء الطبيعي الذي ينتشر في الجو.
2- تغيرات الطقس: حيث تؤثر تغيرات الطقس والجو على وضوح السماء وجعلها غير مناسبة للمراقبة.
3- النفاذية الجوية: حيث تؤثر الرواسب الجوية والغبار والتلوث على نفاذية الجو ووضوح الرؤية.
4- المراصد الجوية: حيث تواجه الهندسة الفلكية صعوبة في توفير المراصد الجوية المناسبة التي تتيح للمهندسين الفلكيين العمل بشكل فعال.
5- الصعوبات المالية: حيث تحتاج معظم المشاريع الفلكية إلى ميزانية كبيرة وتمويل طويل الأمد، مما يمثل تحديًا للحصول على تمويل كاف ومناسب لإكمال المهام المطلوبة.