Ein Mann in einem blauen Gewand beugt sich über einen Tisch, seine Hand ausgestreckt, um einen himmlischen Globus zu berühren, während das Sonnenlicht von einem bleiverglasten Fenster die Falten des gemusterten Tischdecken und das offene Buch vor ihm einfängt. Der Beruf des Subjekts wird durch den Globus und ein wissenschaftliches Buch, identifiziert als Adriaan Metius' Institutiones Astronomicae Geographicae, gekennzeichnet, das auf einem Abschnitt geöffnet ist, der zur Inspiration von Gott aufruft. Ein Gemälde von der Auffindung des Moses hängt an der Wand, ein Detail, das als Symbol für Wissen und Wissenschaft gedeutet wurde.

Darstellungen von Wissenschaftlern waren ein beliebtes Thema in der niederländischen Malerei des 17. Jahrhunderts, und Der Astronom gehört zur Barockbewegung. Technische Studien haben gezeigt, dass die Leinwand für dieses Werk und Vermeers Der Geograph aus demselben Stoffbolt stammt, was ihre enge Beziehung bestätigt.