中國科學(xué)院國家天文臺成立于2001年4月，系由中國科學(xué)院天文領(lǐng)域原四臺三站一中心撤并整合而成，包括總部及4個直屬單位，總部設(shè)在北京，直屬單位分別是：云南天文臺、南京天文光學(xué)技術(shù)研究所、新疆天文臺和長春人造衛(wèi)星觀測站。紫金山天文臺、上海天文臺繼續(xù)保留院直屬事業(yè)單位的法人資格，為國家天文臺的組成單位。
國家天文臺堅持“三個面向”，在面向世界科技前沿方面，形成宇宙大尺度結(jié)構(gòu)、銀河系結(jié)構(gòu)和演化歷史、恒星和致密天體、系外行星、太陽物理等若干國際著名的卓越團(tuán)隊；在面向國家重大需求和面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場方面，成為國家空天安全等領(lǐng)域不可替代的重要“方面軍”。將國家天文臺建設(shè)成為世界一流水平的集（1）天文學(xué)前沿研究、（2）天文技術(shù)與方法創(chuàng)新及應(yīng)用、（3）重大觀測裝置建造與運(yùn)行、（4）國家月球與深空探測科學(xué)應(yīng)用和國家空間碎片監(jiān)測與應(yīng)用，四位一體的綜合性國立天文研究機(jī)構(gòu)。三個重大突破為：銀河系結(jié)構(gòu)和化學(xué)-動力學(xué)演化，月球與深空探測和空間環(huán)境安全，優(yōu)質(zhì)建成 FAST 并成功運(yùn)行、射電天文研究條件取得重大突破。五個重點(diǎn)培育方向為：星系宇宙學(xué)，恒星和致密天體，太陽活動與日地環(huán)境，先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡與終端科學(xué)儀器關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用天文研究和產(chǎn)業(yè)化推廣。
國家天文臺為國家航天局空間碎片監(jiān)測與應(yīng)用中心、中國科學(xué)院天文大科學(xué)研究中心、中國科學(xué)院南美天文研究中心的依托單位，為中國科學(xué)院空間科學(xué)研究院的組建單位，以及中國科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院的主承辦單位。
國家天文臺建有光學(xué)天文、太陽活動、月球與深空探測、空間天文與技術(shù)、計算天體物理、天文光學(xué)技術(shù)、天體結(jié)構(gòu)與演化、FAST重點(diǎn)實(shí)驗室等八個院重點(diǎn)實(shí)驗室，并與二十余所大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)或高新技術(shù)企業(yè)建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系，成立聯(lián)合研究中心或?qū)嶒炇�。在河北興隆，北京密云、懷柔，天津武青，昆明鳳凰山，麗江高美谷，澄江撫仙湖，新疆南山、奇臺、喀什、烏拉斯臺、巴里坤，西藏阿里、羊八井，內(nèi)蒙古明安圖，吉林凈月潭，貴州大窩凼等地建有觀測臺站。
國家天文臺負(fù)責(zé)調(diào)試和運(yùn)行國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施—500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），運(yùn)行和維護(hù)國家大科學(xué)裝置—郭守敬望遠(yuǎn)鏡（大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡，LAMOST)，擁有2.16米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、2.4米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、50米射電望遠(yuǎn)鏡、40米射電望遠(yuǎn)鏡、25米射電望遠(yuǎn)鏡、1米太陽塔等一批天文觀測設(shè)備。為加大設(shè)備共享程度，提高儀器設(shè)備運(yùn)行水平，培養(yǎng)高水平技術(shù)與運(yùn)維隊伍，國家天文臺成立中科院天文系統(tǒng)第一個所級中心，統(tǒng)籌儀器設(shè)備的共享與運(yùn)行，于2017年獲得了院擇優(yōu)支持。
云南省天文學(xué)會、新疆維吾爾自治區(qū)天文學(xué)會分別掛靠云南天文臺和新疆天文臺。國家天文臺創(chuàng)辦了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際核心英文學(xué)術(shù)期刊《Research in Astronomy and Astrophysics》（RAA），還辦有中文核心期刊《天文研究與技術(shù)》和現(xiàn)代科普刊物《中國國家天文》。
國家天文臺總部的主要研究方向包括銀河系和恒星、星系宇宙學(xué)、太陽物理、應(yīng)用天文、空間科學(xué)和深空探測、天文新技術(shù)和新方法等。國家重大科學(xué)工程“郭守敬望遠(yuǎn)鏡”（大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，LAMOST）為世界上光譜獲取率最高的望遠(yuǎn)鏡，現(xiàn)已進(jìn)入正式巡天，目前獲得的高質(zhì)量恒星光譜已經(jīng)超過世界上所有恒星巡天項目的光譜總數(shù)；另一項國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡”（FAST）開創(chuàng)了建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡的新模式，將成為世界上最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡；在我國探月工程一期、二期任務(wù)中，國家天文臺提出科學(xué)目標(biāo)，負(fù)責(zé)地面應(yīng)用系統(tǒng)（中國科學(xué)院承擔(dān)的唯一一個完整的大系統(tǒng)）研制、建設(shè)和運(yùn)行，并承擔(dān)載荷研制、VLBI測軌等任務(wù)。國家天文臺總部與國外多個大學(xué)和研究所等天文機(jī)構(gòu)簽訂有各類合作協(xié)議30余項，其中包括聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生、經(jīng)常性人員互訪活動、共建或改造觀測設(shè)備等。另外每年還舉辦數(shù)次國際性的學(xué)術(shù)會議，及數(shù)百人次的出訪和來訪交流活動，并有多位外國專家在臺長期工作。
國家天文臺（總部）單獨(dú)招收研究生，入學(xué)后在北京培養(yǎng)。研究生培養(yǎng)方式為國家計劃內(nèi)統(tǒng)招研究生，可單獨(dú)報考碩士研究生或博士研究生，也可碩博連讀。國家天文臺（總部80025）的招生專業(yè)為天體物理（070401）和天體測量與天體力學(xué)（070402）及天文技術(shù)與方法（0704Z1）。天體物理專業(yè)適宜天文、物理類等專業(yè)的學(xué)生報考；天體測量與天體力學(xué)專業(yè)適宜數(shù)學(xué)、力學(xué)、測量等專業(yè)的學(xué)生報考；天文技術(shù)與方法專業(yè)適宜光學(xué)、機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)等專業(yè)的學(xué)生報考。國家天文臺（總部）同時接收博士畢業(yè)生進(jìn)入博士后流動站從事博士后研究工作。