天文台是天文工作者觀測星空，從事天文研究工作的地方。天文台上一般都配有各種大型的天文望遠鏡及其他各式各樣的天文儀器，它的主要工作就是觀測天體、分析觀測資料，利用觀測事實來檢驗理論模型，同時，通過理論來指導實測，從而揭示太空奧秘。為了減少地球大氣的幹擾，減少燈火噪聲幹擾，天文台一般都遠離鬧市，建在山上。
天文台具有圓堡形的立體建築，它們是用來安置和保護天文望遠鏡的地方。圓堡的頂部有一個長長的天窗，用時打開，不用時關上，還可以隨意轉動，使望遠鏡對準天空中任何一個地方。為了防止屋內晝夜溫差過大，圓堡的外麵都塗了一層銀粉漆，可以反射太陽光。
我國有著名的紫金山天文台、北京天文台、上海天文台、雲南天文台、陝西天文台和台北市天文台等；世界上有英國皇家格林尼治天文台、美國的海爾天文台、美國莫納克亞天文台、美國國立天文台、日本飛彈天文台、法國上普羅旺斯天文台等等。
我國是世界上天文學發展較早的國家之一，天文觀測具有悠久的曆史。相傳在夏代就有天文台，那時稱“清台”。商代的天文台叫“神台”。到了周代改稱為“靈台”。以後，曆代天文台又有觀象台、觀星台、司天台、瞻星台等名稱。
早期的天文台既是觀測星象的地方，又兼作祭祀活動的場所。古代帝王在這裏祀天，同時任命專職人員在這裏觀測天象，占卜吉凶，編算曆書，“敬授民時”。隨著社會的發展，祀天和觀天逐漸分離，專門從事天文觀測的天文台開始逐漸獨立出來。由於觀測天象與古代農牧業生產活動關係十分密切，司天機構在我國一直受到高度重視。除特殊情況外，曆代觀象台和觀天設備都建設在京城。
我國現在尚存有幾處古天文台遺址，其中保存較完好的有河南登封古觀星台和北京古觀象台。另有洛陽靈台，坐落於河南偃師縣，它曾是東漢時期一座規模宏大的天文台。相傳著名科學家張衡曾在靈台工作過，不過早已變成廢墟。據史書記載，洛陽靈台在全盛時期曾呈現一派繁忙景象。靈台高約20米，其台基約50米見方。全台有工作人員43人，分工極為詳細，觀測項目應有盡有。因此，漢代時期我國天文學十分發達，在世界上居於領先地位。
登封古觀星台坐落在洛陽東80多千米遠的登封縣告成鎮，是我國現存最早的天文台建築。始建於元世祖至元六年（1279年），距今已有700多年曆史。聳立著的高台和台下的一條長堤恰好組成一具特殊的圭表。高台即為立表，高9.46米；長堤相當於土圭，稱為量天尺，長31.19米，位於正南北向。
北京古觀象台在建國門內立交橋西南側，建於明代正統七年至十一年（1442～1446年），曆經明清兩代，容姿未衰。辛亥革命後，古觀象台屬於教育部，成為北洋政府時期的中央觀象台。從明正統年間到1929年止，北京古觀象台連續觀測近500年，創造了連續觀測最久的世界紀錄。