Astronomiske observasjoner var Uranienborgs viktigste formål, og samtlige balkonger og tårn kunne fungere som plattform for de mange instrumenter til dette formålet. Med bygningens plassering kunne man dekke det meste av himmelen. Da Brahe ikke lenger fant bygningene tilstrekkelige for stjerneobservasjoner, oppførte han i nærheten det mere egnede Stjerneborg.