雙子座是黃道十二星座之一，也是公元二世紀天文學家托勒密所記載的48個星座成員，至今仍位列現代國際通用的88個星座之中。它的名稱源自拉丁語「Gemini」，意為「雙胞胎」，象徵希臘神話中的一對孿生兄弟——卡斯托耳與波呂丟刻斯，其星座符號為♊。
雙子座位於黃道帶上，西鄰金牛座、東接巨蟹座，北方與御夫座和天貓座相連，南方則毗鄰麒麟座與小犬座。
每年6月21日至7月21日，太陽運行至雙子座所在的黃道區域。八月中旬，雙子座會在日出之前升起於東方地平線；觀測雙子座的最佳時機是一月與二月，此時它在午夜前後高懸於天頂附近。到了四月，星座會在日落後不久出現在西方低空，隨後逐漸隱沒於暮色之中。
尋找雙子座最簡單的方法，是先定位金牛座熟悉的「V」字形星群與獵戶座腰帶的三顆星，再往東方尋找兩顆並列的明亮恆星——北河二與北河三。
另一種方法是從位於金牛座的昴宿星團，朝獅子座最亮星軒轅十四的方向畫出一條假想線。這條線大致貼近黃道延伸，約在中點處穿越雙子座，正好落在北河二附近。
雙子座中最亮的恆星是北河三。儘管依照巴耶恆星命名法它被標記為「β」，實際上卻是全座第一亮星。這是一顆散發橙色光芒的巨星，視星等約1.2，距離地球34光年。亮度與命名不一致的原因，源於1603年約翰·拜耳編製星表時的一處失誤。
北河二則是一個六合星系統，距離地球52光年，肉眼看來是一顆視星等1.6的藍白色恆星。系統中兩顆光譜聯星的星等分別為1.9與3.0，互繞周期約470年；此外還有一對紅矮星組成的食雙星，性質類似大陵五型變星，互掩周期僅19.5小時，星等在9.3至9.8之間變化。
井宿三：即γ Geminorum，是一顆藍白色次巨星，視星等1.9，距離地球105光年。
天樽二：即δ Geminorum，為長周期聯星，距離地球59光年；主星為白色恆星（視星等3.5），伴星為橙色矮星（視星等8.2），互繞周期超過1000年，可藉中型業餘望遠鏡分辨。
井宿七：即ζ Geminorum，為一雙星系統；主星是黃色超巨星兼造父變星，光變周期10.2天，星等在3.6至4.2之間起伏，距離地球1200光年；伴星視星等7.6，可用雙筒望遠鏡或小型天文望遠鏡觀測。
鉞：即η Geminorum，是由變星組成的聯星，距離地球350光年，互繞周期約500年，須借助大型望遠鏡方能分辨；主星為半規則紅巨星，光變周期233天，星等在3.1至3.9之間變動，伴星視星等約6。
積薪：即κ Geminorum，為聯星，距離地球143光年；主星是黃色巨星（視星等3.6），伴星視星等8；因兩者亮度懸殊，需使用大型業餘望遠鏡才能分辨。
ν Geminorum：為雙星，可用雙筒望遠鏡或小型天文望遠鏡分辨；主星是藍白色巨星，視星等4.1，距離地球500光年，伴星視星等8。
38 Geminorum：為聯星，距離地球91光年，可用小型天文望遠鏡分辨；主星是白色恆星（視星等4.8），伴星視星等7.8。
雙子座內已發現多顆擁有系外行星的恆星，例如HD 50554與HD 59686。另一顆值得關注的恆星是Mekbuda（ζ Geminorum），這顆超巨星的半徑約為太陽的60倍，光度更高達太陽的約22萬倍。此外，U Geminorum是一顆矮新星型激變變星，於1855年被天文學家發現。
