Mnogi zamišljaju da se astronomski opservatorij ili zvjezdarnica svodi na jednu zgradu sa kupolom u kojoj se nalazi teleskop. To je tako kada su u pitanju amaterske zvjezdarnice, dok su profesionalne puno razgranatije i raspolažu različitim instrumentima. lzbor mjesta za zvjezdarnicu je dosta osjetljiv, jer se astronomska promatranja mogu vršiti samo na mjestima gdje je atmosfera čista, bez zračnih turbulencija i gdje nema puno svjetla koje bi ometalo promatranja. Danas vizualno promatranje, ono koje astronom vrši gledajući okom kroz okular, predstavlja samo mali dio astronomskoga rada. Veliki teleskopi sada se više koriste kao fotografski instrumenti jer se istraživanja rade na osnovu fotografskih dokumenata. Nekada se nebo snimalo na fotografske ploče i filmove, dok se danas u te svrhe koriste specijalne kamere sa CCD čipovima, kojima se mogu dobiti vrlo precizne snimke, a sa znatno manje potrošenog vremena. Prednost je u tome da se takvi snimci dobivaju u digitalnom obliku koji se može odmah obrađivati računalima.
Da bi se snimalo neko nebesko tijelo vrlo slabog sjaja, recimo kakva daleka galaktika, treba raditi ekspozicije od više sati. Danas, s razvojem gradova i porastom osvijetljenih površina koje otud dolaze, sve je teže naći mjesta s tamnim noćnim nebom u što većem broju vedrih noći, bez oblaka, odakle bi se takva snimanja mogla raditi. Kako treba računati i sa vrtloženjima zraka i upijanjem svjetlosti u atmosferi, poželjno je stavljati velike teleskope na planine, iznad gustih atmosferskih slojeva. To zahtijeva da takve zvjezdarnice budu prava mala naselja sa stanovima za istraživače i tehničko osoblje, sa zgradama za promatračke instrumente, radionice, laboratorije, kabinete.
Zvjezdarnice sagrađene krajem 19. stoljeća, bile su opremljene velikim refraktorima. Onaj na Yerkes opservatoriju u SAD, drži rekord po veličini objektiva od 102 centimetra. Malo je izgleda da će se jednog dana izgraditi veći. Pošto se leća oslanja samo na svoje rubove, preko određene granice, koja iznosi oko 1 metar, ona se pod vlastitom težinom počinje deformirati, a time davati neupotrebljivu sliku. Tome još treba dodati i kromatsku i sfernu aberaciju, i eto nevolje. Upotreba ogledala za objektive, omogućava da se izbjegnu ovi nedostaci. Zato su većina suvremenih teleskopa, reflektori.
Najpoznatiji graditelj velikih reflektora bio je Amerikanac George Hale koji je gradio zvjezdarnice i uspijevao uvjeriti milijardere da novčano pomognu njihovu gradnju. Na Mt. Vilsonu, u Kaliforniji, Hale je u dva maha upravljao izgradnjom reflektora, jednog od 152 cm i drugog od 254 cm. Ovaj zadnji, završen 1918. godine, bio je najveći na svijetu više od 30 godina i omogućio velika otkrića u astronomiji. Njega je zamijenio 1948. godine reflektor od 508 cm sa Mt. Palomara, opet u Kaliforniji, čiji je glavni projektant također bio Hale, koji je na žalost umro prije njegovog završetka. Postoje i specijalizirane zvjezdarnice kao što je ona u Kit Peaku u Arizoni, koja je namijenjena proučavanju i snimanju Sunca, ili ona u Flagstafu, promatranjima planeta. U stazi oko Zemlje, nalazi se više astronomskih instrumenata, a najpoznatiji je Hubbleov svemirski teleskop, koji je do s ada napravio puno značajnih otkrića.
