Gravitacijska leča je astronomski pojav, ki ga opazimo, ko masivni predmet, kot je kopica galaksij ali črna luknja, upogne svetlobo iz zelo oddaljenega vira svetlobe, kot je kvazar (mlada in svetla galaksija). To se zgodi zaradi gravitacijskega upogibanja prostor-časa, ki ga je prvi opisal Albert Einstein v svoji splošni teoriji relativnosti. Imenuje se gravitacijska leča po analogiji s konvencionalno lečo. Oba lahko upogneta svetlobo, vendar je v tem primeru mehanizem zelo drugačen – namesto da bi upogibal svetlobo z uporabo ukrivljene snovi, se v tem primeru ukrivlja sam prostor-čas.
Gravitacijske leče lahko povzročijo, da se oddaljeni kvazarji pojavijo na mestih, kjer v resnici ne obstajajo. Ker je svetloba upognjena v gravitacijski vrtini masivnega predmeta, navidezna lokacija odstopa od dejanske lokacije. Gravitacijske leče lahko povzročijo tudi, da se na nebu pojavi več slik kvazarja – svetloba se upogne okoli masivnega predmeta v obe smeri, s čimer nastane več slik. “Twin Quasar” Q0597+561, znan tudi kot Old Faithful, je prvi potrjeni objekt, ki se je dvakrat pojavil na nebu zaradi učinka gravitacijske leče. Vsaka slika kvazarja je na nebu ločena za 6 stopinj. Čeprav je Fritz Zwicky leta 1937 domneval, da bi kopice galaksij lahko delovale kot gravitacijske leče, je bil učinek potrjen z opazovanjem šele leta 1979.
Obstajajo tri vrste gravitacijskih leč. Obstaja močna leča, kjer so vidna lahko vidna popačenja, kot so Einsteinovi prstani, več slik ali loki. To so najredkejše gravitacijske leče. Potem je tu še šibka leča, ki jo je mogoče odkriti le z obsežno statistično analizo polj zvezd in galaksij. Ta oblika leče se pokaže kot rahlo raztezanje proti sredini leče. Zadnje je mikrolečenje, ki je precej redko, a se je izkazalo za najbolj uporabno za astronomske študije. Mikrolenziranje se kaže kot rahle spremembe v svetilnosti bližnjih (znotraj naše galaksije) objektov, ki jih povzročajo zvezdne leče. Razločevanje pristnega mikrolečenja od sprememb svetilnosti zvezd zaradi drugih razlogov (spremenljive zvezde, nove, itd.) je lahko izziv.