Пулковская обсерватория создана по Указу Императора Николая I. Архитектурный проект был разработан А.П. Брюлловым в стиле русского классицизма. 3(21) июля 1835 года прошла церемония закладки обсерватории в присутствии Государя Императора.
Ее торжественное открытие состоялось 7 (19) августа 1839 года в присутствии всех астрономов России, специально приглашенных по этому случаю в Санкт-Петербург.
Первым директором Пулковской обсерватории был академик В.Я. Струве, выдающийся российский астроном и геодезист. Под его руководством и при непосредственном участии российская астрономия вышла на самые передовые рубежи уже в первые десятилетия своей деятельности. Стали издаваться знаменитые высокоточные пулковские каталоги звезд и развернулись широкие исследования по всем направлениям астрономии. Известный американский астроном Б. Гулд назвал Пулковскую обсерваторию «астрономической столицей мира».
Через центр Главного здания обсерватории проходит Пулковский меридиан. По Постановлению Совета Министров СССР № 760 от 7 апреля 1946 г. Обсерватория принята за начало координат единой системы геодезических координат и высот в топографо-геодезических и картографических работах, выполняемых на территории СССР. Пулковский меридиан стал исходным для всех географических карт России.
Мировую известность и всеобщее признание обсерватория получила благодаря своим выдающимся работам в различных областях астрономии и астрономическим наблюдениям исключительно высокой точности, благодаря тщательно продуманной организации наблюдений и постоянному совершенствованию методов астрономии. Пулковская астрономическая школа характеризуется сочетанием «искусства наблюдения» с «наукой наблюдения».
Трижды за годы своего существования Пулково было ареной ожесточенных кровопролитных боев: в ноябре 1917 г., в октябре 1919 г. и в 1941-1945 гг.
В годы Великой Отечественной войны Пулковские высоты стали южным рубежом обороны нашего города, где на протяжении всей блокады Ленинграда проходили тяжелые бои.
На территории обсерватории расположены военные мемориальные захоронения и памятники, увековечивающие эту тяжелую страницу истории Ленинграда – Санкт-Петербурга.
Разрушенная практически полностью в годы войны, Пулковская обсерватория была восстановлена под руководством выдающегося архитектора А.В. Щусева по архивным проектам А.П. Брюллова.
В настоящее время Пулковская обсерватория – не только и не столько памятник Российской науки, сколько современный интенсивно развивающийся научный институт.
Научная деятельность Обсерватории охватывает практически все направления фундаментальных исследований современной астрономии. ГАО РАН является уникальным учреждением по своей многопрофильности не только в России, но и в мире.
В 1990 году Обсерватория номинирована в списке Всемирного наследия ЮНЕСКО и включена в перечень охраняемых объектов как «Ансамбль Пулковской обсерватории».
Согласно Указу Президента Российской Федерации № 275 от 2 апреля 1997 года ГАО РАН включена в Государственный свод особо ценных объектов культурного наследия народов Российской Федерации.