Un observatoire astronomique est un lieu doté d'instruments scientifiques, destiné à l'observation astronomique.
Les observatoires astronomiques sont désormais souvent placés en altitude, loin des sources de pollution lumineuse et chimique pour bénéficier d'une meilleure transparence de l'atmosphère. La turbulence du ciel est aussi un critère important (voire par exemple le cas de Thémis) et pour les instruments observant en infrarouge proche (comme le VLT) ou en ondes millimétriques ou submillimétriques (comme l'ALMA ou l'Iram PdB), la quantité d'eau précipitable est un élément clef.
À noter que les instruments radio métriques et centimétriques (VLA, Radioheliographe de Nançay) ne sont pas gênés par l'atmosphère mais le sont par les sources parasites terrestres (ordinateurs et circuits électroniques, radio (bande FM), émetteurs de télévision et de téléphone cellulaire). Nombre d'observatoires historiques (Observatoires de Paris, Greenwich, Bruxelles) sont maintenant dans le centre de grandes villes, dans des sites peu favorables à l'observation à cause de l'éclairage nocturne et des diverses pollutions. Lorsqu'ils restent dediés à la science, ils abritent des laboratoires où les chercheurs, ingénieurs et techniciens préparent les instruments et les demandes d'observation, traitent les observations obtenues, travaillent au quotidien.
Selon la NASA, les 5 observatoires les plus anciens sont :
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