Специально назначенная комиссия местом строительства выбрала вершину Пулковской горы, лежащую в нескольких десятках километров к югу от столицы. Величественное здание обсерватории и два дома для проживания персонала строились в стиле русского классицизма по проекту архитектора Александра Брюллова - старшего брата известного живописца. Общая стоимость сооружений составила более 2 млн рублей.
19 августа (7-го по старому стилю) 1839 года состоялось торжественное открытие Пулковской обсерватории. Ее первым директором стал астроном, академик Петербургской академии наук Василий Струве. Позднее на этом посту его сменил сын - Отто Струве.
Изначально штат обсерватории состоял всего из семи человек, и только к 1857 году был увеличен до 13. Кроме того, исследованиями занималось неопределенное число нештатных сотрудников. Как правило, это были молодые люди, окончившие курс университета и готовящиеся стать астрономами.
Существует исторический анекдот. Николай I в сопровождении блестящей свиты, чины которой были украшены разнообразными орденскими звездами - Андреевскими, Владимирскими, Александровскими, Анненскими - неожиданно посетил Пулковскую обсерваторию. Директор ее, Василий Яковлевич Струве, так смутился, что спрятался за телескоп. Николай заметил робость подданного и спросил у известного острослова адмирала и генерал-адъютанта князя Александра Сергеевича Меншикова, чем вызвано такое поведение. "Очевидно, господин Струве испугался, увидев столько звезд не на месте", - ответил князь.
Приоритетными направлениями деятельности сотрудников Пулковской обсерватории стали: определение положения звезд в пространстве и поиск и исследование двойных звезд (это пары звезд, которые находятся близко друг к другу на небесной сфере и кажутся одной точкой света). И в этом они преуспели. Пулковские абсолютные каталоги положений звезд, составленные под руководством Василия Струве и его последователей, принесли обсерватории мировую славу и титул "астрономической столицы мира". По ее подобию во второй половине XIX века была построена обсерватория в Лиссабоне, сотрудники которой проходили стажировку в Пулково.
Помимо астрономических исследований, в Пулковской обсерватории для развития средств навигации проводились географические исследования территории России. А Пулковский меридиан, проходящий через центр главного здания обсерватории, использовался в качестве нулевого для отсчета географических долгот на картах Российской империи начиная с 1844 года. И только в 1920-х СССР окончательно перешел на стандартную географическую систему координат на основе Гринвичского меридиана.
В обсерватории работали известные астрономы: Отто Струве, Федор Бредихин, Аристарх Белопольский, Борис Герасимович, Гавриил Тихов. А еще здесь находился один из самых больших в мире телескопов, с фокусным расстоянием 7 м и диаметром объектива 38 см. К 50-летнему юбилею обсерватории была создана астрофизическая лаборатория, а также установлен самый большой в мире телескоп-рефрактор с 76-сантиметровым диаметром объектива. В 1894 году в обсерватории появился еще и астрограф, что позволило начать работу в области астрофотографии - фотосъемки астрономических объектов, небесных явлений или областей ночного неба.
В начале XX века для наблюдения за южными звездами, недоступными на широте Пулковской обсерватории, было организовано два ее филиала. Один - астрофизическая станция в Крыму около поселка Симеиз. Второй - астрометрическая станция в Николаеве - это бывшая обсерватория Морского министерства Российской империи (сегодня - Николаевская астрономическая обсерватория).
Пулковская обсерватория очень пострадала во время Великой Отечественной войны. Все ее здания были полностью разрушены. Погибли большие инструменты и значительная часть уникальной библиотеки. Что касается сотрудников обсерватории, то часть из них ушла на фронт, а другие были эвакуированы в Ташкент и Алма-Ату, где в октябре 1941 года был основан Институт астрономии и физики Казахстанского филиала АН СССР.
После Победы пулковские астрономы вернулись в Ленинград и приступили к работе во временно выделенном для них правом крыле здания ленинградского Арктического института на Фонтанке, 38. Поскольку восстановление здания обсерватории на прежнем месте заняло долгие девять лет. За основу были взяты сохранившиеся чертежи Александра Брюллова, а руководил работами известный архитектор Алексей Щусев.
В мае 1954 года Пулковская обсерватория открылась вновь. Были созданы новые отделы - радиоастрономии и астрономического приборостроения, установлены новые крупные инструменты. А также построен Большой Пулковский радиотелескоп, ставший прообразом крупнейшего в мире радиотелескопа РАТАН-600, начавшего свою работу в 1974 году и расположенного в Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукская.
Кстати, в Пулковской обсерватории в 1950-х астрономом работал знаменитый писатель-фантаст Борис Стругацкий. Вот так сошлись звезды.
С 1990 года Пулковская обсерватория стала основной астрономической обсерваторией Российской академии наук. В сферу ее научной деятельности вошли практически все важные направления фундаментальных исследований современной астрономии: небесная механика и звездная динамика, аппаратура и методика астрономических наблюдений, астрометрия (геометрические и кинематические параметры Вселенной), Солнце и солнечно-земные связи, физика и эволюция звезд, внегалактическая астрономия.
Возрождение национальной Службы Солнца, занимающейся наблюдением и анализом солнечных вспышек, солнечных пятен и других солнечных явлений, стало одним из важных достижений Пулковской обсерватории последних лет. Благодаря этой Службе, у ученых появилась возможность лучше понять влияние Солнца на нашу планету.
Не менее интересным и важным направлением деятельности современной Пулковской обсерватории стало изучение красного шума лучевой скорости в программах поиска внесолнечных планет. Красный шум - важный источник информации о планетах, находящихся за пределами Солнечной системы. Его исследование помогает ученым не только понять процессы, происходящие в их атмосферах и климате, но и в перспективе определить, существуют ли все-такие другие планеты, пригодные для жизни.