提出当理论物理学家阿尔伯特·爱因斯坦一九一五年在创新立他的广义相对论的时候，就已经认识到，他的学说将会导致一个震撼人心的预言：宇宙在膨胀。在那时，大多数天文学家都认为宇宙一直是那样的，它不会随时间改变的。而宇宙的膨胀速度就被称为了宇宙膨胀率。
早期探索一个膨胀着的宇宙意味着一件事：宇宙必然有一个开端。那就势必会引出一个问题：在宇宙开端之前有物质存在吗？在广义相对论提出之前两年，美国天文学家斯莱弗就已经通过测量几个旋涡星系（那时候还叫“星云”）的红移得出了一个结论，即这些星系都在退行。一九二四年，美国天文学家哈勃观测了仙女座大星系和其他一些旋涡星系，并测定了它们的红移。结果发现，这些四面八方的星系都在远离我们而去，星系离得越远，退行的速度就越快。星系距离与退行速度之间的关系就是“哈勃定律”。由此定律得出的星系退行率就是“哈勃常数”，即宇宙膨胀的速率。人们根据新获得的观测结果不断地修正着哈勃常数。
事实上，没有理由可以让我们认为银河系是宇宙中的一个静止不动的星系。因为无论观测者处在哪一个星系中观测，都会得出相同的结论——其它所有的星系都在远离而去。根据爱因斯坦的理论，膨胀宇宙中的星系本身并不运动，而是星系间的空间在膨胀。如果的确是这样的话，那么在过去的某个时刻，宇宙就应该是一个处于极端高密状态的点。据此还可以推算出宇宙的年龄。根据目前的估计，宇宙的年龄约为一百二十亿至一百五十亿年间。
不定的量加拿大不列颠哥伦比亚大学的天文学家里彻等人，利用哈勃望远镜，观测到了距地球7000光年远的天蝎座中一个被视为宇宙最古老的星系，它是在宇宙“大爆炸”后约10亿年形成的。在该星系内有数10颗白矮星，即其核心燃料已烧尽的星体。这种星体可按预定速率变冷、变暗。这种可预测的冷却率，可用于推算宇宙年龄。如果知道这些白矮星的冷却率，就能够根据它们的亮度来推算其年龄。里彻等人估计出这些白矮星已存在近130亿年，再加上从宇宙诞生到形成这些天体之间相隔大约10亿年，显示出宇宙已存在140亿年。
1928年，天文学家哈勃对星系进行测量后认为，宇宙处于均匀膨胀状态，这表明宇宙有一个有限的年龄，当时他估计这个年龄为20亿岁。
20世纪70年代末，由于对宇宙真正的膨胀率估值不准，人们认为宇宙的年龄应在80亿年至180亿年之间。1997年，天文学家利用哈勃望远镜对宇宙膨胀率进行精确测量，公布了一个可靠的宇宙年龄。后来，利用地面及哈勃望远镜进行连续观测，发现宇宙膨胀率不是一个定量，而是存在一个特殊的“暗能量”产生加速度膨胀，以此测定宇宙年龄为130亿年至140亿年。
近期的校准美国天文学家首次直接观测到了一颗造父变星的直径变化，从而能直接计算它与地球之间的距离。这将有助于更精确地测量各星系与地球的距离，“校准”宇宙膨胀率。
造父变星是亮度会发生周期性变化的一类恒星，北极星就是其中之一。据认为，这类恒星会像做“深呼吸”一样不断膨胀与收缩，产生光变。观测发现，造父变星的光变周期与其真实亮度（绝对光度）有关，因此从地球上观测到的亮度（视星等）同它们与地球的距离相关。如果得知一颗造父变星与地球间的确切距离，利用其它造父变星的视星等与绝对光度数据，就可以推算出这些变星的距离，从而确定它们所在的星系与地球的距离。而星系距离正是计算宇宙膨胀率的基础。但离地球最近的造父变星——北极星离地球也有几百光年，难以用传统的视差法直接测量其距离。以往科学家只能用间接方法估算含有造父变星的星群的距离，进而推断其它星系的距离。美国加州工学院帕洛马天文台的科学家在最新出版的英国《自然》杂志上报告说，他们采用“光学干涉测量”技术，使两台小型望远镜发挥一台大型望远镜的效果，直接观察到了“双子座泽塔”造父变星的膨胀与收缩。“双子座泽塔”是迄今发现的最亮的造父变星之一，离地球约1000光年。利用它的尺寸变化与亮度数据，就能直接计算它与地球的确切距离。在此基础上，科学家可以更精确地计算其它含有造父变星的星系与地球的距离。