Astronomijos observatorija yra patalpa, kurioje personalas gali stebėti fizinius reiškinius erdvėje, naudodamas teleskopinę įrangą. Tokie įrenginiai gali būti nuo mėgėjiškų observatorijų su vienu optiniu teleskopu iki didelių kompleksų su radijo, rentgeno ir kitų tipų teleskopais, kurie gali rinkti įvairių rūšių stebėjimus. Observatorijos laikas gali būti labai svarbus kai kuriems astrofizikos, astronomijos ir susijusių sričių tyrimams.
Geriausios astronomijos observatorijos yra stebėjimams palankiomis sąlygomis. Daugelis šių vietų yra labai dideliame aukštyje, kad stebėtojams būtų lengviau pabėgti nuo smogo, šviesos taršos ir kitų problemų, dėl kurių gali būti sunku pamatyti. Kai kurių tipų stebėjimams svarbios ir geros oro sąlygos, nes debesuotumas gali apsunkinti duomenų rinkimą. Astronomijos observatorija gali turėti įvairią įrangą, įskaitant programuojamus teleskopus, kuriuos tyrėjai gali apmokyti konkrečius taikinius, kad surinktų stebėjimus, ir galimybę paleisti balionus, kad surinktų papildomą medžiagą.
Tyrimų observatorijoje konkurencija dėl teleskopų naudojimo gali būti didžiulė ir gali apimti tyrėjus iš viso pasaulio, dirbančių su įvairiais projektais. Personalas turi planuoti teleskopo laiką ir deleguoti atitinkamus komandos narius, kad padėtų tyrėjams naudoti įrangą. Jei dėl prastų sąlygų sunku rinkti duomenis, komandai gali tekti pateikti paraišką dėl naujo laiko, nes observatorija gali neleisti tyrėjams perbėgti į kitoms komandoms numatytą laiką, nes tai gali sukelti planavimo niurzgėjimą.
Astronomijos observatorijos skiriamosios gebos ir detalumo lygiai gali skirtis, taip pat gali skirtis žmonių galimų stebėjimų tipai. Techniniai duomenys ir specifikacijos yra prieinami žmonėms, kurie nori planuoti teleskopo laiką, kad jie žinotų, kas yra prieinama ir ar įrenginys atitiks jų poreikius. Gali prireikti prašyti laiko tarpsnio, remiant tokiai organizacijai kaip akademinė ar mokslinių tyrimų institucija.
Astronomijos observatorija gali turėti stebėjimų, suplanuotų veiklų ir susijusių dalykų duomenų bazę. Kai kuriais atvejais mokslininkai taip pat gali pasiūlyti ekskursijas visuomenei, kad šia sritimi besidomintys žmonės galėtų daugiau sužinoti apie objektą ir įrangą. Tokios ekskursijos dažnai pateikiamos observatorijos svetainėje ir gali būti reklamuojamos, kad bendruomenės nariai žinotų, kada gali apsilankyti astronomijos observatorijoje. Tai gali būti pagrindinės organizacijos informavimo mandato dalis, kad visuomenė domėtųsi mokslu ir tyrimais.