Uddannelsen til astronaut er på flere måder både krævende og specialiseret. De krav, som astronauten skal opfylde, handler både om selve rumrejsens belastning af kroppen, om betjening af selve rumfartøjet og om at løse de opgaver, som er selve formålet med rumrejsen. Flere lande har astronautskoler; ikke kun de lande, der er hovedaktører i rumprogrammerne. Europæiske ESA uddanner astronauter ved EAC i Köln i Tyskland. Andre store uddannelsesprogrammer køres af især NASA i USA, ROSCOSMOS i Rusland og CNSA i Kina.

Uanset varigheden af rumrejsen belastes kroppen meget voldsomt af den kraftige acceleration ved både opsendelsen og hjemrejsen. Astronautens gode fysik kombineret med rumfartøjets indretning gør det muligt at undgå skader. Skiftet i tyngdepåvirkningen under opsendelsen kan give så store fysiske påvirkninger, ”rum-syge”, at astronautens evne til at løse opgaverne bliver påvirket. Under langvarigt ophold i vægtløs tilstand svækkes menneskets muskler og knogler, og en række andre organer og funktioner påvirkes negativt, fx blodkredsløbet, balanceevnen, synet og immunsystemet.

Selv om astronauterne er i kontakt med mennesker på Jorden, så omgås de i tiden i rummet kun få andre mennesker. Deres evne til at samarbejde og undgå at blive irritable – også i kritiske situationer – er meget vigtig. Det er velkendt fra andre tilsvarende opgaver, fx udvælgelsen af danske soldater til slædepatruljen ”Sirius” i Grønland.

Rumprojekter er kostbare og er derfor ofte internationale. Astronauterne skal kunne kommunikere sikkert med hinanden og skal derfor have et eller flere fælles sprog. Fx lærer alle USA's astronauter at tale russisk under deres uddannelse.

Uddannelsen til astronaut indeholder store mængder af teoretisk viden om flyvning og rumfart. De, der optages til uddannelsen, vil oftest have en teknisk-naturvidenskabelig uddannelse i forvejen, samt flere års praktisk erfaring på området. Især tidligere havde de fleste astronauter en baggrund som militærpiloter.

Astronauterne skal ikke bare kunne betjene selve rumfartøjet under normale omstændigheder. De skal også kende dets indretning nøje. I en krisesituation kan man ikke bare holde ind til siden og vente på hjælp. Problemerne skal løses på stedet med de mennesker og det materiel, som findes på stedet.

Astronauterne skal kunne udføre og forstå eksperimenter, som andre har designet. Også derfor har de fleste en form for naturvidenskabelig baggrund.

Selv om astronauterne er veluddannede og rumfartøjerne velkonstruerede, så er det et farligt arbejde. Fx udførte USA's rumfærger i alt 135 missioner fra 1981-2011. Ved 2 af disse missioner skete ulykker, som førte til tab af samtlige besætningsmedlemmer.