Historycznie rzecz biorąc, przez obserwatorium astronomiczne rozumiano budynek lub ich grupę przeznaczoną do obserwacji zjawisk poza atmosferą Ziemi. Obserwowano więc – głównie w zakresie światła widzialnego – plamy słoneczne, planety, planetoidy, komety, gwiazdy, mgławice, galaktyki itd. Nowe technologie w budowie aparatury obserwacyjnej pozwoliły na zwiększenie zdolności badawczych teleskopów i innych naukowych urządzeń; także postęp w fizyce i zastosowanie jej metod do astronomii poszerzył możliwości badania Kosmosu. W ten sposób historyczne określenie „obserwatorium” zmieniło swoje pierwotne znaczenie. Nowoczesna astrofizyka poszerzyła pole badań nad zjawiskami pozaziemskimi m.in. dzięki temu, że obserwacje bazują dziś już nie tylko na rejestracji widma elektromagnetycznego, ale także neutrin, neutronów, promieni kosmicznych, aż po próby wykrycia fal grawitacyjnych. Ten nowy rodzaj „obserwatoriów” wciąż podlega dynamicznemu rozwojowi. Buduje się je, m.in.