Việc thăm dò Sao Thiên Vương, cho tới nay chỉ được thực hiện độc nhất thông qua kính viễn vọng và tàu vũ trụ Voyager 2 của NASA, thứ tiếp cận gần nhất với Sao Thiên Vương vào ngày 24 tháng 1 năm 1986. Voyager 2 đã khám phá ra 10 vệ tinh, nghiên cứu khí quyển lạnh của hành tinh, và xem xét hệ vành đai của nó, khám phá ra hai vành mới. Nó cũng đồng thời chụp ảnh năm vệ tinh lớn của Sao Thiên Vương, tiết lộ rằng bề mặt của chúng được bao phủ bởi các hố va chạm và hẻm núi. Một số sứ mệnh thăm dò dành riêng cho Sao Thiên Vương đã được đề xuất, nhưng cho tới năm 2017 thì chưa cái nào được chấp thuận.