中國科學院國家天文臺成立于2001年4月，系由中國科學院天文領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，總部設在北京，直屬單位分別是：云南天文臺、南京天文光學技術研究所、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，形成宇宙大尺度結構、銀河系結構和演化歷史、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隊；在面向國家重大需求和面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場方面，成為國家空天安全等領域不可替代的重要“方面軍”。將國家天文臺建設成為世界一流水平的集（1）天文學前沿研究、（2）天文技術與方法創(chuàng)新及應用、（3）重大觀測裝置建造與運行、（4）國家月球與深空探測科學應用和國家空間碎片監(jiān)測與應用，四位一體的綜合性國立天文研究機構。三個重大突破為：銀河系結構和化學-動力學演化，月球與深空探測和空間環(huán)境安全，優(yōu)質(zhì)建成 FAST 并成功運行、射電天文研究條件取得重大突破。五個重點培育方向為：星系宇宙學，恒星和致密天體，太陽活動與日地環(huán)境，先進望遠鏡與終端科學儀器關鍵技術，應用天文研究和產(chǎn)業(yè)化推廣。
國家天文臺為國家航天局空間碎片監(jiān)測與應用中心、中國科學院天文大科學研究中心、中國科學院南美天文研究中心的依托單位，為中國科學院空間科學研究院的組建單位，以及中國科學院大學天文與空間科學學院的主承辦單位。
國家天文臺建有光學天文、太陽活動、月球與深空探測、空間天文與技術、計算天體物理、天文光學技術、天體結構與演化、FAST重點實驗室等八個院重點實驗室，并與二十余所大學、科研機構或高新技術企業(yè)建立了戰(zhàn)略合作關系，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。
國家天文臺負責調(diào)試和運行國家重大科技基礎設施—500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），運行和維護國家大科學裝置—郭守敬望遠鏡（大天區(qū)面積多目標光纖光譜望遠鏡，LAMOST)，擁有2.16米光學望遠鏡、2.4米光學望遠鏡、50米射電望遠鏡、40米射電望遠鏡、25米射電望遠鏡、1米太陽塔等一批天文觀測設備。為加大設備共享程度，提高儀器設備運行水平，培養(yǎng)高水平技術與運維隊伍，國家天文臺成立中科院天文系統(tǒng)第一個所級中心，統(tǒng)籌儀器設備的共享與運行，于2017年獲得了院擇優(yōu)支持。
云南省天文學會、新疆維吾爾自治區(qū)天文學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)權的國際核心英文學術期刊《Research in Astronomy and Astrophysics》（RAA），還辦有中文核心期刊《天文研究與技術》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、太陽物理、應用天文、空間科學和深空探測、天文新技術和新方法等。國家重大科學工程“郭守敬望遠鏡”（大天區(qū)面積多目標光纖光譜天文望遠鏡，LAMOST）為世界上光譜獲取率最高的望遠鏡，現(xiàn)已進入正式巡天，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設施“500米口徑球面射電望遠鏡”（FAST）開創(chuàng)了建造巨型射電望遠鏡的新模式，將成為世界上最大單口徑射電望遠鏡；在我國探月工程一期、二期任務中，國家天文臺提出科學目標，負責地面應用系統(tǒng)（中國科學院承擔的唯一一個完整的大系統(tǒng)）研制、建設和運行，并承擔載荷研制、VLBI測軌等任務。國家天文臺總部與國外多個大學和研究所等天文機構簽訂有各類合作協(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、共建或改造觀測設備等。另外每年還舉辦數(shù)次國際性的學術會議，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）單獨招收研究生，入學后在北京培養(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（070402）及天文技術與方法（0704Z1）。天體物理專業(yè)適宜天文、物理類等專業(yè)的學生報考；天體測量與天體力學專業(yè)適宜數(shù)學、力學、測量等專業(yè)的學生報考；天文技術與方法專業(yè)適宜光學、機械、電子、自動控制、計算機等專業(yè)的學生報考。國家天文臺（總部）同時接收博士畢業(yè)生進入博士后流動站從事博士后研究工作。