位于东城区中东部，建国门立交桥西南角。东邻建国门南大街，西靠北京站街，南临北京站东街，北依建国门内大街。

古天文台早在金代就已出现，元至元十六年（1279 年）在今中国社会科学院附近建有司天台， 后毁于战乱。 明永 乐 二 十 二 年（1424 年）在紫禁城内西侧建立宫廷观象台。明正统四年至七年（1439—1442 年）间建观星台，这就是现在建国门古观象台的前身。台上放置大型铜制浑仪、简仪、浑象仪等。清代仍在此设台，并改称观象台，隶属钦天监。辛亥革命后，观象台改为中央观象台，隶属教育部，民国 18 年（1929 年）改称国立天文陈列馆，只做气象工作，结束了近 500 年的连续天文观测活动。1956 年辟为北京古代天文仪器陈列馆。

古观象台距今已有 540 余年的历史，总面积约为 1 万平方米，总高 14 米，东西长约24 米，南北宽 20 余米。现台上南、西、北三面陈列着大型铜制仪器，有天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪、纪限仪、玑衡抚辰仪、地平经纬仪等八件清制古天文仪器。台下西侧建有一四合院，内为紫微殿、滴漏堂、晷影堂。

1900 年八国联军入侵北京，古观象台上的仪器也被洗劫一空，赤道经纬仪、地平经纬仪、黄道经纬仪、象限仪和明制简仪被掠到法国驻华使馆，直至光绪二十八年（1902年）才归还。地平经仪、天体仪、纪限仪和明制浑仪被劫到德国柏林波茨坦离宫，1921年才根据“凡尔赛和约”的规定运回北京。1931 年“九·一八”事变后，天文工作者为保护这些古代天文仪器，于 1933 年将明制的浑仪、简仪、漏壶、圭表等迁至南京紫金山天文台。古观象台从明正统七年（1442 年）到民国 18 年（1929 年）连续观测近 500 年，积累了大量的天文科学资料，为人类的天文事业作出了巨大的贡献。古观象台不仅进行天文观测，同时还进行气象观测，至今仍保存着 清 雍 正 二 年（1724 年）至光绪二十八年（1902 年）的 180 年间的气象资料，是世界上现存最早、最完整的气象观测记录。

1949 年后，政府对古观象台进行了多次修缮。1979 年大雨，古观象台的东半部出现坍方，国家投资进行大规模修整，并将台内掏空，辟为两层展厅。1982 年，被国务院公布为全国重点文物保护单位。1983 年对外开放，长年供游人参观。