原乌鲁木齐天文观测站）、长春人造卫星观测站等台站及南京天文光学技术研究所于2001年合并而成，总部位于原北京天文台总部，在河北省兴隆县建有观测基地，该基地拥有一台直径2.16米（85英寸）的光学望远镜，大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）。在北京市怀柔县建有怀柔太阳观测基地。国台正在开展的项目包括：FAST、LAMOST、CSRH、探月工程以及量子科学实验卫星等。国家天文台总部设在北京市朝阳区大屯路。国台在太阳物理学方面颇有建树。现任台长是严俊。
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