北京天文馆位于北京市西城区，是国家级自然科学类博物馆、国家一级博物馆、国家AAAA级旅游景区。北京天文馆占地面积20,000平方米，建筑面积26,000平方米，分为A馆（老馆）及B馆（新馆）。A馆于1957年建成开放，是中国第一座大型天文馆，也是当时亚洲大陆第一座大型天文馆；B馆于2004年底建成开放。

截至2021年，北京天文馆共有藏品773件(套)，其中珍贵文物15件(套)；重要展品有镇馆之宝“南丹铁陨石“、1957年建造的傅科摆、1972年美国阿波罗17载人宇宙飞船的宇航员采自月球的半克月岩等。天文馆A馆中央是球幕内部达直径达23米的地平式天象厅，厅内有镇馆之宝“蔡司九型光学天象仪”和极高分辨率的全天域数字投影系统。B馆设有宇宙剧场、4D剧场、3D剧场3个科普剧场，其中直径为18米的宇宙剧场拥有标准半球全天域银幕。天文馆还开设了宇宙畅游展览、宇宙穿梭展览、宇宙风景展览等主题展览。

北京天文馆的下属单位“北京古观象台”是明清两代皇家天文台，是保存得非常完整的天文古迹，于1982年2月被列入全国重点文物保护单位。观象台台顶展出的八件古天文仪器是中国天文国宝，国家一级文物。

北京天文馆以人造星空模拟表演、天文知识展览、天文观测等形式宣传普及天文学知识；是国家级科普教育基地、科学与和平教育基地、青少年爱国主义教育基地，曾多次被评为国家和北京市级“科普先进集体”。天文馆的《奔向月球》荣获国际科教影视2019“中国龙奖”金奖，《宇宙大爆炸》获第七届“中国科普作家协会优秀科普作品奖”科普影视动画类金奖，原创4D影片《童年太阳系》荣获第十三届北京国际电影节“最佳国产影片”和“最佳观众推荐4D影片”两项大奖。

1923年，德国蔡司厂制造了世界上第一台天象仪，名为“假天仪”，随后世界第一座假天馆在德国建成。1932年中国天文学会出版的《宇宙》期刊刊登了《假天—就是一架天象仪》，这是中国天文学会的创始人高鲁写的介绍天象仪和天文馆的讲演稿。后张钰哲、陈遵妫、李晓舫等天文学家陆续发表有关世界上天文馆的发展概况，一定程度推动了中国天文馆事业的发展。

1954年9月中央文委决定筹建北京天文馆，并由中国科学院负责办理，酝酿多年的天文馆达到成熟阶段。随后中国科学院向中央文委提交《北京假天馆（天文馆）筹建计划》获批，筹建计划中北京天文馆建设包括天象厅，演讲厅、展览厅、图书馆、天文台、天文广场、办公楼、实验室、宿舍楼等。

1955年10月24日，在中国科学院和北京市人民政府的协助下，北京天文馆在北京西郊动物园附近开始动工兴建，德意志民主共和国专家卡尔博士和库尼斯工程师参与了天文馆的设计。首先建办公楼和宿舍楼，1956年6月开始建设天象厅、展览厅、演讲厅等主体工程。1957年5月天文馆建设工程基本完工。天象仪于1955年6月由民主德国蔡司厂运到北京，1957年主体工程完工后开始安装。

1957年9月29日，北京天文馆建成。在新建成的北京天文馆前的广场上举行了开幕典礼，时任北京市副市长吴晗致祝贺词。北京天文馆建成时，世界上先后建有二十几座天文馆，但其中有一半毁于第二次世界大战。

北京古观象台位于东城区建国门立交桥西南角，始建于明正统七年（公元1442年），是明清两代的皇家天文台。1911年辛亥革命后，改组为中央观象台，设天文、历算、气象、地磁四科。除了从事天文观测，还增加了气象观测活动。1929年改名为国立天文陈列馆，不再从事观测，成为中国第一座天文博物馆，至此观象台持续天文观测487年。

1931年九一八事变爆发，为了保护文物，明制的浑仪、简仪、漏壶、圭表以及小地平纬仪和折半天体仪等天文仪器被迫迁往南京，至今存于南京紫金山天文台。观象台台上的八架清制古仪因拆装运输的困难未能同行，明清古仪分离。

1955年12月，观象台划归北京天文馆。1956年5月，以“北京古代天文仪器陈列馆”的名称对外开放。

1956年9月，观象台在火星大冲时进行了大规模的观测火星科普活动，共有13000多人参加，陈毅同志等领导到场用望远镜观测火星。

1982年2月观象台被列入全国重点文物保护单位，1983年4月重新对社会开放，同时更名为“北京古观象台”，中国著名天文学家张钰哲题为观象台写了台名。

1991年，基于世界其他国家天文馆的发展，以及北京天文馆老馆设备和建筑出现了不同程度的老化，北京天文馆的改造被提上议事日程。围绕北京天文馆是拆是留，曾经引起热烈的社会争论，其中一个商业化方案“在天文馆原地将建起超高层的现代化大楼”在当时引起了轩然大波，同时遭到李元等天文馆元老及张开济等建筑师明确反对。

1998年暑假，北京市民和公众听说可能拆除天文馆，纷纷前往参观，参观观众是往常的三四倍。2000年9月8日，决定由北京市政府投资2亿修建新馆，保留老馆，新馆建设与老馆建筑相互呼应。

2004年12月，北京天文馆新馆（B馆）正式建成开放，总建筑面积为21000平方米，设有科普剧场、天文展厅、太阳观测台、大众天文等。其中，宇宙剧场直径为18米，拥有标准半球全天域银幕，能同时容纳200名观众。

2007年7月，经国际天文学联合会小天体命名委员会批准，编号为59000号的小行星被命名为“北馆星”，标示了北京天文馆对中国的天文科普事业做出的贡献。

2008年7月，北京天文馆老馆（A馆）经过改造后重新开放。重点对天象厅进行了改造，厅内摆放的光学天象仪是先进的蔡司九型光学天象仪，还配备了先进的光学天象仪和全天域数字投影系统等；另外还增设了《玩转星空》和《奥运星空》大型专题展览。

北京天文馆占地面积20,000平方米，建筑面积26,000平方米，包含A馆（老馆）、B馆（新馆）两馆。

1957年建成的北京天文馆是第二次世界大战结束以后亚洲兴建的第一座大型天文馆，它的设计对照莫斯科天文馆进行，也取法了美国的先例，主要由北京建院张开济、宋融、邱圣瑜等设计，德意志民主共和国专家及工程师也参与了天文馆的设计。

北京天文馆场馆造型遵循形式服从功能原则，建筑正中布置门厅，天象厅高起，两翼是展览厅和讲演厅。门厅的八角形外观处理契合了平面布局。同时冲淡了建筑正立面朝北带来的阴暗感，立面处理采用西方古典建筑手法，庄严稳重，在墙面、檐头部分还运用了中国传统云纹图案，室内装饰强调思想性与艺术性结合，在门厅的质部及周围都装饰有大量与天文有关的绘回，浮雅。

北京天文馆主馆（A、B馆）包括天象厅，展览厅和讲演厅三个主要部分，及天文台、气象台、天文广场和其他附属建筑。主馆中心以八角形门厅为枢纽，室内安放高约10米的傅科摆。门厅与天象厅之间通过廊道联系。天象厅外层屋顶选择了技术先进成熟的钢筋混凝土薄壳结构，直径25米，薄壳厚6厘米，由德意志民主共和国专家设计；内顶为直径23米的半圆球应。

A馆主要设有天象厅及东、西两个展览厅。天象厅为圆形平面布局，分内外两层，天象厅中央放置的是蔡司天象仪。展觉厅与讲演厅平面均为长方形，可单独对外使用，讲演厅的放映室和管理办公用房安置于建筑二层。

天象厅位于北京天文馆A馆中央，球幕内部直径达到了23米，能容纳400名观众同时观看影片，内部采用红、绿、褐、蓝四区排列，确保每一位观众都有一个良好的欣赏体验视角。

B馆有地下一层、地上一层及地上二层共三层。设有宇宙剧场、4D剧场、3D剧场3个科普剧场，以及天文展厅、太阳观测台、大众天文台、天文教室等各类科普教育设施。其中，B馆地下一层设有宇宙穿梭展厅、3D剧场、餐厅，B馆地上一层设有太阳展厅、月球石陨石展厅、宇宙畅游展，B馆地上二层设有宇宙剧场、4D剧场、星空咖啡吧等。

宇宙畅游展览位于天文馆B馆地上一层。展览从地面观星开始，将身边的星星“陨石”作为起点，逐渐深入至宇宙空间，去了解月球、行星，以及太阳系之外的空间，甚至人类尚未解开的宇宙谜题。展览共设有太阳家族、月球漫步、陨石部落、星座显形、宇宙之谜、挑战岛、多彩宇宙、巨眼观天、星星相伴、宇宙灯塔、太阳科学厅等十一个主题展厅。

宇宙穿梭展览位于天文馆B馆地下一层。以“宇宙穿梭”为主题，分为宇宙演化、宇宙尺度、太阳系外行星、引力透镜、逃离黑洞、天体系统、时空穿梭等七个主题展厅。从“宇宙演化”开篇，用极具视觉冲击力的造型将宇宙演化各阶段呈现出来，同时配以宇宙演化“年历”，将漫长的宇宙演化史压缩为一“年”，以“年”为单位标识出宇宙发展历程中的大事件。

宇宙风景展览位于天文馆B馆地上二层。主要以大幅精美图片的形式展现星系、星团、星云等部分深空天体。展示了看似渺小而实际长度有1光年左右的“马头”星，形状像草帽的“旋涡星系草帽星系”，北天球夜间肉眼可见天体“昴宿星团M45”等。

“镜图史话”展览：2022年1月，北京天文馆推出了全新原创展览“镜图史话——早期望远镜与黄金时代的古典星图”，该展览展出了二十余件18、19世纪的古董望远镜精品，并再现了黄金时代的欧洲古典星图，还设置了一批原创互动展项，带领观众领略天文学发展的望远镜时代。

北京古观象台设紫微殿和东、西厢房三个展厅，分别陈列“中国星空”、“西学东渐”和“灵台仪象”三个主题展览。古台的院内陈放着明代铜制浑仪和简仪的1:3复制品，以及郭守敬正方案1:3复制品。后院陈放有日晷和圭表等古代计时仪器，原比例复制的明制浑仪和简仪等天文测量仪器。

“中国星空”主题展览位于紫微殿，是古台最大的展厅，集中展示了中国古代在天文学各个方面取得的辉煌成就。

“西学东渐”主题展览位于西厢房，主要展示明末以来西方天文学传入中国，并与中国传统天文学融合碰撞的曲折过程。

“灵台仪象”主题展览位于东厢房，主要展示古观象台的历史沿革，以及古台所藏天文仪器与家国命运密切牵绊，被拆分、归还和转运的历史。

天文现象厅位于A馆中央，拥有先进设备能够在球幕上模拟出真实的自然星空、天象变幻、太阳系穿梭、宇宙探索等天文画面。上映影片内容涵盖星座、太阳、月球、星系等基础天文学概念，其中《宇宙大爆炸》是以宇宙的诞生和演化为主题，从“大爆炸”小火球开始到剧变，讲述宇宙100多亿年的演化历程；《奇妙的星空》中可以观看北斗七星、牛郎星织女一、飞马座、猎户座等四季星空变幻闪耀；《走近黑洞》是一趟走近黑洞的极端冒险之旅，探秘黑洞这个宇宙中神秘天体在极端的物理条件下如何演化而来。

宇宙剧场位于B馆地上二层，剧场直径为18米，拥有标准半球全天域银幕，球幕系统拥有庞大的天文数据库，启用实时模式，通过立体显示，将复杂的天体运动清晰呈现出来。上映影片主要有：《系外行星：发现新世界》通过逼真的3D特效，跟随镜头解开系外行星的谜团，用科学的方法探寻宇宙空间的奥秘；《古玛雅的天文：宇宙的观测员》是由墨西哥科苏梅尔天文馆引进的球幕科普节目，展现古玛雅人在天文、历法、建筑等方面的成就；《迷离的星际》讲述星际间的恒星、行星的演变、爆发能量及毁灭，星云内部的细节变化等。

4D剧场位于B馆地上二层，拥有200席座位，能够呈现立体影像及产生喷水、喷风、拍腿等多种特效；上映影片主要有：《撞击与生命》讲述40亿年前的小天体撞击揭开了地球生命的序幕，地球保护着生命，抵御着来自宇宙空间的威胁；《穿越寒武纪》结合化石仿真复原技术，再现了寒武纪时期云南省澄江生物群的真实面貌，呈现“寒武纪生命大爆发”；《消失的土星光环》是以科幻宇宙探索为主题的4D影片，主人公小帆与发明家爸爸起驾驶新发明的星际飞行器，驶向遥远的土星，开启一场未知的土星冒险之旅。

3D剧场位于B馆地下一层，共设座椅116席，银幕宽12米、高9米，是个阶梯型的小巨幕影院。上映影片有：《奔向月球》是天文馆自制3D影片，荣获国际科教影视2019“中国龙奖”金奖，介绍了中国月球探测计划的探月、登月、驻月等内容；《海狮：生存空间告急》是一个关于濒危海狮的生存故事，呼吁人类保护海狮，保护生态环境，促进人与自然和谐共生；《小行星：极端任务》》通过逼真的视觉效果和电脑绘图技术，展现宇航员发掘小行星对太空漫游的潜在作用，并排除万难到达小行星的太空历险等。

截至2021年，北京天文馆共有藏品773件(套)，其中珍贵文物15件(套)；藏品分为石质类、钟表仪器类、铜器类、纸质类、望远镜类及石陨石类等。重要藏品有镇馆之宝“南丹铁陨石“、1957年建造的傅科摆、1972年美国阿波罗17载人飞船的宇航员采自月球的半克月岩等。

南丹铁陨石是北京天文馆的镇馆之宝，安放于北京天文馆老馆（A馆）的正后面。此陨石1516年6月降落于一场较大的铁陨石雨，1958年发现于南丹县，重680千克，属于铁陨石中粗粒八面体类型，外形秀美，表面存有大小不一的气印，通体覆盖暗黑色的熔壳。

傅科摆是用来证实地球自转的仪器，由法国青年傅科于1851年发明的，故称为“傅科摆”。北京天文馆的傅科摆是1957年建馆时一起建造，位于老馆（A馆）的大厅，黑色大理石贴面的圆形围墙，白色大理石摆盘上刻着时间和角度，摆锤是内部灌铅的铜球，重约170公斤。

月岩和月壤：重0.5克，属于高钛月海玄武岩，是1972年12月美国阿波罗17载人飞船的宇航员采自月球澄海东南着陆区的样品，1978年美国总统卡特的安全顾问访华时，送给中国领导人1克重的月球岩石。其中半克用于科研，剩下的半克，存放于北京天文馆B馆一层展区。

清代石碑立于光绪三十一年（公元1905年），高2.2米。正面记载了因庚子构变而制折半天体仪和小地平经纬仪的史实，背面列出了修造仪器所用的各类款项。

日是中国古代普遍使用的计时仪器。此日晷造于清代，长13cm，宽11.7cm。

此昭明镜直径9.5cm，造于汉代，为铜镜中比较普遍的镜种，流行区域较广。

此邮票为2011年由中国和丹麦联合发行，绘有赤道经纬仪。

此为1796年英国制造的测量折射望远镜，物镜直径：3/4-inch (19-mm) 镜筒长度（OTL）: 21 3/4"。

北京古观象台(包括仪器和附属建筑群)是世界上保存得非常完整的天文古迹，距今约七百年的历史，1982年2月被列入全国重点文物保护单位，观象台台顶展出的八件古天文仪器是国家一级文物，堪称中国天文国宝。观象台台高14米，东西长约24米，南北宽20余米。台上南、西、北三面放置的清代天文观测仪器有：天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪、纪限仪、玑衡抚辰仪、地平经纬仪等8件，均为用青铜铸造，刻有龙、云图案，是科学和艺术的结晶。

天体仪位于古观象台台顶。是中国历朝唯一存世的浑象，制于康熙帝八年至十二年(公元1669-1673年)，由比利时传教士南怀仁监制。仪重3850千克，仪高2.735米。天体仪是一种用于演示天象的仪器，无论是白天还是夜晚都可以随时了解当时天空的实际星象。

玑衡抚辰仪位于古观象台台顶。是乾隆九年（公元1744年），爱新觉罗·弘历到观象台，看到台上的仪器都是西洋的构造和制度，遂下令钦天监按照浑仪的制度、西法的刻度铸造一架中西合璧的新仪。由当时任职钦天监的传教士戴进贤和刘松龄设计监制，于乾隆十九年（1754年）竣工。仪重5145千克，仪高3.379米。

北京天文馆是北京地区成立的第一家天文科普、教育及研究机构。2019年成立了科学研究部，研究方向涉及时域天文学、高能天体物理、星系宇宙学、恒星物理、星际介质以及陨石和行星科学等。天文馆拥有类型丰富的石陨石样本，以及台址海拔在5000米以上的阿里望远镜等科研资源，并开展大视场巡天平台等观测设备建设工作。

北京天文馆主办的《天文爱好者》杂志于1958年创刊。2001年，《天文爱好者》发起“全国中学生天文知识通讯赛”。2003年，《天文爱好者》与北京天文馆共同组织“全国中学生天文奥林匹克竞赛，后每年举办一次。2005年，《天文爱好者》发起并举办了年度“天文爱好者星空大会”，并连续举办至今，已成为中国天文科普品牌活动。

北京天文馆集展示与教学于一体，举办了天文知识展览、天文科普讲座、组织中学生天文奥赛、组织公众观测等各项活动，向学生等广大公众宣传普及天文知识，让北京天文馆真正成为没有围墙的学校。天文馆的科普活动有宇宙少年团、冬夏令营、天文小主播、宇宙观察员、天文小讲堂、天文竞赛、流动天文馆等多种类别多个项目。其中“星星是我的好朋友”、“天文馆里过大年”等已成为品牌活动。

北京天文馆的文创产品涵盖了繁星故事、飞向天空、仰望星空等主题，有天文书籍、星图教具、创意产品、活动教具、科学实验、望远镜及配件等产品类别，经典热门产品有太空计时器、DIY60望远镜、活动星图等。

2020年在北京文化创意大赛中，北京天文馆两件文创产品在文博创意设计复赛中入选“优胜作品。一是“北京古观象台书签套装”，由雕版非物质遗产传承人张永林先生所亲手雕刻了古观象台一套线稿，北京天文馆以此为基础推出了文创产品“古观象台书签套装”，展现八架古天文仪器的风采。二是“跟着天文馆去探秘”系列文创产品，根据馆藏及天文知识，设计制作了一系列文创产品：宇宙探秘系列、多彩星球系列笔记本、最初的梦想（东方红一号）笔记本封套护照夹、最初的梦想（土星）笔记本封套护照夹、多彩星球彩铅笔、速写宇宙彩铅笔、飞向月球系列环保袋和笔袋、小小宇航员系列 T 恤等。

北京天文馆全新研发了“全天星座系列”文创产品，并展出在2022中国（北京）国际服务贸易交易会，此产品是以北京天文馆的全天88星座图为蓝本制作的一系列全天星座衍生文创产品，主要产品有《全天88星座扑克》《纸工天球仪》等。

1958年6月，国家发行了一套特种邮票“特23 北京天文馆”，含北京天文馆、人造星空各一张。

2015年3月，北京天文馆荣获北京科普基地优秀活动展评三等奖。

2016年4月，北京天文馆被评为“全国百家优秀信息化科普教育基地”。

2016年9月，北京天文馆荣获“北京市科学技术普及工作先进集体”称号。

2016年9月，北京天文馆入选“首批中国20世纪建筑遗产”名录。

2017年5月，北京天文馆入选第三批国家一级博物馆。《奔向月球》荣获国际科学教育影视2019“中国龙奖”金奖，《宇宙大爆炸》获第七届“中国科普作家协会优秀科普作品奖”科普影视动画类金奖。

2017年6月，北京天文馆在丰宁满族自治县“科技创新·科普惠民”活动荣获“特别贡献奖”。

2018年11月，北京天文馆入选“全国中小学生研学实践教育基地名单”。

2020年4月，北京天文馆入选北京市首批新时代文明实践基地名单。

2023年4月，北京天文馆原创4D影片《童年太阳系》荣获第十三届北京国际电影节“最佳国产影片”和“最佳观众推荐4D影片”两项大奖。6月，北京天文馆科普剧《凝望苍穹——天文国宝 百年纪实》获得2022年度北京地区博物馆“优秀教育案例”荣誉。