La construction de l'observatoire a débuté dans les années 1870, sous la direction du général Charles du Bois de Nansouty, et de l'ingénieur Célestin Vaussenat. Les premiers terrassements au sommet commencent en 1875. Les premiers locaux sont achevés le8 septembre 1882. Par la suite, ces locaux ont été grandement complétés : nouvelles terrasses, nouvelles coupoles, nouveaux bâtiments d'habitation. L'électricité arrive au sommet en 1949. Auparavant, les équipements électriques étaient alimentés par un ensemble de batteries et un groupe électrogène. Un premier téléphérique, dédié au transport du personnel, est installé en 1952, ce qui permet d'atteindre le sommet en toute saison. En 1959-1962 est installé le bâtiment interministériel, qui regroupe les activités d'astronomie, de météorologie, de télévision et de navigation aérienne. En 1994, l'État envisage la fermeture de l'observatoire. La région Midi-Pyrénées se mobilise, et crée un syndicat mixte pour la réhabilitation du site. Le projet prévoit une réhabilitation des installations scientifiques, ainsi que l'ouverture au public d'une partie du site. Ainsi, le téléphérique de service est remplacé par un nouveau téléphérique capable d'accueillir le grand public. D'importants travaux sont engagés à partir de 1996 ; le site, dans sa version rénovée, ouvre en l'an 2000.

CLIMSO est un instrument d'observation astronomique spécialisé dans l'étude du Soleil. Depuis 2007, le service de la couronne solaire utilise le nouvel instrument Climso (financé par la société Fiducial). En plus de la voie coronographique traditionnelle en H-alpha de l'hydrogène (656.3 nm), il est maintenant possible de suivre les structures coronales froides, à haute cadence temporelle, aussi dans l'infra-rouge proche, dans le multiplet à 1.083 microns de He I. Des mesures de la couronne chaude dans les raies IR proche de Fe XIII sont également possibles. Climso permet aussi d'observer le disque dans H-alpha et Ca II K dans l'UV proche, en même temps que la couronne.

La lunette Jean Rösch étudie la surface solaire.

Le télescope Bernard Lyot (ou TBL) est un instrument de type Cassegrain. Depuis novembre 2006, les observations réalisées au TBL mettent en œuvre le spectropolarimètre NARVAL[]. Ainsi, le télescope Bernard Lyot est aujourd'hui le seul instrument astronomique au monde principalement utilisé pour l'étude du magnétisme des étoiles.
L'implantation de l'observatoire s'explique par la pureté de l'atmosphère du pays de Forcalquier. Si la qualité des images de l'observatoire de Haute-Provence n'est pas excellente, le nombre de nuits utilisables pour la photométrie s'avère exceptionnel. À la suite de la création du Centre national de la recherche scientifique par le gouvernement du Front populaire, la décision de construire un tel observatoire fut prise durant l'été 1936 et le choix du site fut décidé le 9 novembre 1936 par un comité scientifique (dirigé par Jean Perrin). Les travaux débutèrent en 1937 près du village de Saint-Michel mais le début de la Seconde Guerre mondiale a ralenti considérablement l'avancement du projet.

Ce n'est qu'en 1958 qu'est entré en service le premier grand télescope, celui de 1,93 m, précédant celui de 1,52 m en 1967. C'est à l'observatoire de Haute-Provence que la première planète extrasolaire (ou exoplanète) fut découverte en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz avec le spectrographe ELODIE du télescope de 1,93 m. Depuis 2006, l'instrument SOPHIE (spectromètre de haute précision) a pris la relève; c'est cet instrument qui assure le suivi des observations faites par COROT.

Ce télescope possède un seul foyer, le Coudé (f/30). Depuis Mars 1989, le spectrographe Aurélie, le seul instrument offert aux visiteurs sur ce télescope, permet d'obtenir des spectres à très haute résolution (jusqu'à R = 110000). Il a été utilisé nottament pour l'étude des raies interstellaires.

Le réseau de radiotélescopes du Plateau de Bure ( Htes Alpes) constitue un interféromètre millimétrique conçu par l'IRAM. La construction de cet interféromètre a débuté en 1985, les premières observations ont pu être effectuées en 1988. Celui-ci est actuellement constitué de 6 antennes de 15 m de diamètre chacune. Celles-ci sont montées sur des rails, ce qui permet de changer leur distance de séparation en fonction des besoins. Suite aux derniers travaux réalisés lors de l'été 2005, la séparation maximale sur l'axe est/ouest est de 760 m tandis qu'elle est de 368 m sur l'axe nord/sud. Ceci permet l'observation d'émissions ayant une longueur d'onde de 1,3 mm (c'est-à-dire une onde ayant une fréquence de 230 GHz). La présence de cet instrument a permis la poursuite de plus de 600 projets impliquant plus de 300 astronomes du monde entier.

L'Observatoire de Calar Alto est un observatoire astronomique appartenant et opéré conjointement par l'Institut Max Planck pour l'astronomie à Heidelberg en Allemagne et l'Institut d'astrophysique de l'Andalousie, à Grenade, en Espagne. L'observatoire est situé sur le Calar Alto, la plus haute montagne de la province d'Almería. Le site fut proposé en 1970, et a été inauguré en juillet 1975, avec la mise en service du télescope de 1,2 m de diamètre. Le site se développa grâce à l'étroite collaboration entre les Allemands et les Espagnols. Quatre autres télescopes furent ainsi ouverts : l'institut Max Planck possède les télescopes de 3,5, 2,2 et 1,23 m ainsi qu'un télescope de Schmidt de 0,8 m, tandis que l'institut espagnol possède le télescope de 1,5 m.

L'observatoire astronomique de Ténérife se situe sur l'île de Ténérife (archipel des Canaries) à 28° de latitude nord et 16° de longitude ouest. Sur le site d'Izana à 2 400 m d'altidude, au pied du Teide, fleurissent pas moins de huit coupoles dédiées à l'astronomie classique. Se dressent également quatre tours solaires dont l’observatoire T.H.E.M.I.S (Télescope héliographique pour l’étude du magnétisme et des instabilités de l’atmosphère solaire). Ce dernier est constitué d’un télescope de 90 cm placé sous vide avec un secondaire refroidi. Les diamètres des autres instruments s’étalent de 30 à 155 cm.

L'observatoire de Roque de los Muchachos est un observatoire astronomique situé sur l'île de La Palma (Canaries). Il a été inauguré par le roi et la reine d'Espagne en 1985 et appartient à l'Institut d'astrophysique des Canaries (IAC). De nombreux télescopes y sont installées.