I 1890 ble pater Denza kalt til Roma som direktør for det av pave Leo XIII restituerte (som var blitt grunnlagt av pave Gregor XIII, men i lang tid hadde stått tomt), og som fikk lokaler i Torre Gregoriana og Torre Leonina i Vatikanbyen. Det gamle hovedsete for observatoriet ble etter den italuienske erobring av Kirkestaten overtatt - det var i Palazzo del Collegio Romano, og dermed måtte man etablere det nye inne bak Vatikanets murer. Foruten å bli tilført et moderne utrustet astrofysisk observatorium ble dette komplett utrustet med meteorologiske og magnetiske instrumenter.