运行在450公里高的近地轨道上，为的是避免范艾伦辐射带的影响。康普顿伽玛射线天文台重约17吨，其中天文仪器重约7吨，在当时是用航天飞机发射的最重的民用航天器。卫星上搭载的主要观测仪器有：康普顿伽玛射线天文台在轨期间分两次进行巡天，第一巡天观测了蟹状星云、天鹅座X-1、天鹅座X-3、塞弗特星系NGC 4151等天体，1991年7月开始的第二次巡天包括银河系中心、超新星1987A等，并在4年时间里发现了271个伽玛射线源。1991年观测了太阳的耀斑爆发；探测到了天鹅座X-3的10电子伏的高能辐射、超新星