中国科学院国家天文台成立于2001年4月，系由中国科学院天文领域原四台三站一中心撤并整合而成，包括总部及4个直属单位，总部设在北京，直属单位分别是： 云南天文台、 南京天文光学技术研究所、 新疆天文台和长春人造卫星观测站。

中国科学院国家天文台主要从事天文观测和理论以及天文高技术研究，并统筹中国天文学科发展布局、大中型观测设备运行和承担国家大科学工程建设项目，负责科研工作的宏观协调、优化资源和人才配置；重点研究领域有： 宇宙大尺度结构、星系形成和演化、天体高能和激发过程、 恒星形成和演化、太阳磁活动和日地空间环境、 天文地球动力学、太阳系天体和 人造天体动力学、 空间天文观测手段和 空间探测、天文新技术和新方法等。

截至2014年底，中国科学院国家天文台（总部）共有在职职工1268人（其中科技人员1203人、科技支撑人员399人）；建设有7个中国科学院重点实验室；共有在学研究生495人（其中硕士生265人、博士生230人）、在站博士后58人。   2019年5月16日，中国科学院国家天文台宣布，利用嫦娥四号探测数据，证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质，国际学术期刊《自然》（Nature）在线发布了这一重大发现。