北京古观象台最早的溯源在公元1279年，天文学家王恂、郭守敬等在今北京建国门观象台北侧建立了一座司天台。北京古观象台建于明朝正统七年(1442年)，是中国古代明、清两代的国家天文台。从明正统初年到1929年止，古观象台从事天文观测近500年，是现存古观象台中保持连续观测最悠久的，在国际上久负盛名。现为全国重点文物保护单位。

　　北京天文馆是国家级自然科学类专题科学博物馆。主要通过人造星空模拟表演，举办天文知识展览，编辑出版和发行天文科普书刊，组织进行大众天文观测等形式向公众宣传普及天文学知识。除此之外，还根据不同层次的青少年学生经常性地组织举行天文讲座、天文培训、天文奥赛、知识竞赛和天文科技夏(冬)令营等各种科普活动，引导和培养学生对自然科学的兴趣和爱好。北京天文馆和北京古观象台同时被北京市命名为青少年教育基地。

　　北京天文馆老馆的天象厅北京天文馆老馆始建于1955年，1957年建成开放。总建筑面积约7000平方米，主要开放设施有天象厅；展览厅；影视报告厅和大众天文台。天象厅内设600席座位，厅内中央安放一架国产大型天象仪，它由环墙一周放置的数十台特效投影器一起组成一部完整的天象表演系统。每天(除闭馆外)巡回放映4-5部天象节目。展览厅常年举办和展出天文知识展。影视报告厅过去经常举办天文知识讲座和专题报告或放映天文科教影片，由于建设新馆暂被用做图书资料阅览室和新馆设备贮藏室。大众天文台原有两座：一座为太阳色球天文台，另一座为大众光学天文台。两座天文台分别各设一架太阳光球色球望远镜和130毫米口径的折射天文望远镜。主要用于观众对太阳、月亮、大行星、彗星及亮星云的天文观测和教学实践活动。太阳色球观测台现已拆除，太阳色球望远镜将被新馆引进的太阳观测设备所代替。

　　由于老馆建成于20世纪50年代中期，距今已运行了超过50年，无论其建筑规模和设备功能都很难满足和适应需要，对此北京市政府决定投入巨资兴建新馆。

　　北京天文馆新馆于2001年底在天文馆原址上动工兴建，总建筑规模20000平方米，于2004年12月建成开放。主要的公共开放设施有：数字化宇宙剧场、3D动感天文演示剧场、4D动感影院、天文展厅、太阳观测台、大众天文台、天文教室等。宇宙剧场，容量200席座位。引进国外先进的数字化天文放映设备，由大型图形工作站和激光投影设备组成，能生动形象地演绎壮丽的星空景象和人类探测太空的壮举。3D和4D动感天文剧场，其容量分别为48席和196席座位。这两个剧场的演示功能是对宇宙剧场功能的一种补充和延伸。以其强烈的动感、特殊的视听合成效果为观众营造出很强的临场感、震撼力氛围。太阳展示厅，展览面积300米，以展出太阳和太阳系内容为主。主要展项内容有从太阳真空望远镜观测接收而来的1.8米太阳白光投影像；174毫米手描太阳黑子白光全日面投影像；太阳光谱投影像；太阳白光、太阳色球全日面和太阳局部活动区的CCD电视图象等。

　　新馆二期展览于2006年7月6日正式对外开放，展览分为15个展区。大众天文台，内置一台口径为40厘米的光学折反式天文望远镜。主要用于和满足观众、青少年学生对天文观测与教学实践活动的需要。