Stockholms observatoriums historia börjar på 1700-talet, då man alltmer fick upp ögonen för hur viktigt det var att satsa resurser på naturvetenskap. Kungliga Vetenskapsakademien instiftades 1739, och akademiens sekreterare från år 1744, Per Elvius d.y., tog sig an inrättandet av ett astronomiskt observatorium i Stockholm. Ett stycke mark omfattande högsta krönet på Brunkebergsåsen skänktes av staden, och observatoriebyggnaden påbörjades år 1748 och var färdigt år 1753. Arkitekt var överintendent baron Carl Hårleman och Stockholms observatoriums förste prefekt var Per Wilhelm Wargentin. Wargentin blev Sveriges främste astronom och ägnade sitt liv åt studier av Jupitermånarnas rörelse.

Under 1800-talet gjordes flera om- och tillbyggnationer allteftersom anläggningen blev föråldrad. När 1900-talet kom var dock anläggningen och utrustningen ändå föråldrad, och observatoriet hade dessutom kommit att omringas av staden allt mer, med dess kraftiga gatbelysning och orena luft. Detta gjorde det omöjligt att använda modern fotografisk utrustning på denna plats.

Astronomen Nils Nordenmark höll år 1926 ett föredrag där han uppmanade Vetenskapsakademien och staden att göra något åt observatoriets omoderna och bristfälliga utrustning. Detta föredrag inspirerade bankdirektör Knut Wallenberg att måna om observatoriets fortlevnad och på hans inrådan tillsatte Vetenskapsakademien år 1927 en kommitté som skulle planera en ny observatorieanläggning. Läget valdes sydöst om Stockholm av två anledningar: för det första är söder det viktigaste väderstrecket för astronomiska observationer och man ville undvika ljuset från staden; för det andra avtar molnigheten utmed havsbandet varför man gav sig ut mot skärgården, österut. Karlsbaderberget i Saltsjöbaden bedömdes vara den mest gynnsamma platsen.

Vetenskapsakademien fick bidrag från staden och från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse (med villkoret att det nya observatoriet skulle fortsätta kallas Stockholms observatorium) och byggnaden påbörjades år 1929. Arkitekt var Axel Anderberg (ritade Vetenskapsakademiens byggnad, Naturhistoriska Riksmuséet och Operan i Stockholm) och det nya observatoriet i Saltsjöbaden kunde invigas den 5 juni 1931 med Konung Gustav V som främste gäst. Professor Bertil Lindblad var vid denna tid Vetenskapsakademiens astronom och fick det vetenskapliga huvudansvaret för det nya observatoriet. Under hans övervakning inköptes en del nya instrument: en dubbelrefraktor, ett spegelteleskop och en astrograf med kupoler. Lindblad blev sedermera prefekt vid Stockholms observatorium.

Observatoriet skildes från Vetenskapsakademien den 1 juli 1973 och utgör nu Institutionen för astronomi vid Stockholms universitet, utom Solgruppen som är en del av Vetenskapsakademien. År 2001 flyttade institutionen till nya lokaler i AlbaNova universitetscentrum vid Roslagstull i Stockholm. Sedan 2007 är institutionen åter ett astronomiskt observatorium i ordets sanna bemärkelse, med ett nytt 1-m-reflektorteleskop placerat i AlbaNovas kupol.

Författat av Cecilia Albertsson för institutionen, 1996, med uppdateringar 2008.