天文台主要从事宇宙学研究，空间天文观测和相关运用，天文光学设备研究开发，时间标准和同步设备研发，并辅助和支持国家的宇航发展计划。上海天文台设有天文地球动力学研究中心（与中国科学院紫金山天文台共建中国科学院行星科学重点实验室）、天体物理研究室（与中国科学技术大学共建中国科学院星系宇宙学重点实验室）、射电天文科学与技术室（参建中国科学院射电天文重点实验室）、光学天文技术研究室和时间频率技术研究室等研究单元。上海天文台是中华人民共和国国务院批准的首批博士硕士学位授予单位之一，包括天文学一级学科博士硕士培养