Los observatorios astronómicos más antiguos conocidos fueron construidos por los chinos y los babilonios sobre el año 2300 a.C. Estos observatorios eran, probablemente, grandes plataformas que permitían una visión del cielo sin obstáculos.

    Sobre el 300 a.C. se construyó el más famoso observatorio de la antigüedad en Alejandría, en Egipto. Es probable que estuviera equipado con instrumentos tales como el astrolabio, con el que se podía medir la posición de las estrellas o planetas; el observatorio existió durante unos 500 años.

   Después de iniciarse la era cristiana, los árabes construyeron varios observatorios en Damasco y Bagdad, y en Mokatta, cerca de El Cairo. El observatorio de El Cairo se construyó sobre el año 1000.

   El primer observatorio europeo se instaló en Nuremberg, Alemania, en 1471. Un siglo después el astrónomo danés Tycho Brahe construyó en la isla de Ven el gran observatorio Uraniborg. Este observatorio, en el que Brahe vivió y trabajó desde 1576 a 1596, se equipó con instrumentos utilizados para mediciones precisas de las posiciones de los cuerpos celestes. Las observaciones que hizo Brahe las utilizó el astrónomo alemán Johannes Kepler para desarrollar su teoría del Sistema Solar.

   Después del descubrimiento del telescopio hacia 1609, se construyeron nuevos observatorios en diversas ciudades europeas. Entre los más famosos están el Observatorio Nacional Francés en París (1667) y el Real Observatorio Inglés, que acostumbra a llamarse Real Observatorio de Greenwich, fundado en 1675. Entre los observatorios ópticos más importantes en la actualidad se encuentran los siguientes:

:En el hemisferio norte:

• Observatorio de Calar Alto en Almería (España)
• Observatorios del Teide y del Roque de los Muchachos en las Islas Canarias (España)
• Observatorios de Monte Wilson, de Monte Palomar, de Kitt Peak y Mauna Kea (Estados Unidos)
• Observatorio de Crimea dependiente de la Federación Rusa.