Observatoriet ble oppført på Solli, fjernt fra byens lys og med fri sikt i alle himmelretninger. Stortingsbevilgningen var knyttet til behovet den nye nasjonalstaten hadde for naturvitenskapelig forskning og utvikling. Christopher Hansteen (1784-1873) ble en internasjonalt kjent vitenskapsmann med nasjonale forskingsoppgaver. Samtidig var han direktør for Norges Geografiske Oppmåling, redaktør for Almanakken og ansvarlig for standardisering av norske mål- og vektenheter. Observatoriet hadde en viktig symbolverdi for det nye Norge.
Tidstypisk klassisisme
Bygningens utforming er inspirert av tidens danske klassisisme. Danskfødte Christian Heinrich Grosch (1801-1865) hadde vært elev av den store arkitekten C. F. Hansen i København. Påvirkningen sees i Observatoriets kubiske bygningsvolumer, de glatte, pussede veggflatene og fraværet av ornamentikk. Huset ble tegnet i en T-form, bestående av en tverrfløy kronet av observasjonstårn og med en langfløy på baksiden. I langfløyen lå familien Hansteens bolig, hvor det ble avholdt kulturaftener med 1800-tallets største kunstnere.
Bygningens utforming er inspirert av tidens danske klassisisme. Danskfødte Christian Heinrich Grosch (1801-1865) hadde vært elev av den store arkitekten C. F. Hansen i København. Påvirkningen sees i Observatoriets kubiske bygningsvolumer, de glatte, pussede veggflatene og fraværet av ornamentikk. Huset ble tegnet i en T-form, bestående av en tverrfløy kronet av observasjonstårn og med en langfløy på baksiden. I langfløyen lå familien Hansteens bolig, hvor det ble avholdt kulturaftener med 1800-tallets største kunstnere.
Tverrfløyen utgjør hovedfasaden. Her ligger de viktigste observasjonsrommene. Bygningskroppen speiler seg symmetrisk rundt en dobbeltfløyet hoveddør. Hoveddøren er plassert i et svakt fremskutt midtparti. Veggflaten får liv av glatte pilastre (halvsøyler) og markerte bånd mellom etasjene. Vindusåpningene er satt rett inn i muren uten dekor rundt, mens inngangsdøren til boligdelen har en enkel omramming etter egyptiske forbilder
Vitenskapens hus
Å gå inn hoveddøren til Observatoriet gir en uventet opplevelse. De besøkende kommer rett inn i en rotunde over to etasjer med galleri og kuppel. Vegger og tak er rikt dekorert med fargesterke ornamenter og figurer fra himmelens dyrekrets. Rotunden skulle gi et verdig inntrykk av vitenskapens hus, selv om bemalingen sannsynligvis ikke er den opprinnelige. Fra 1840-årene ble rommet også brukt til jordmagnetiske målinger.
Rotunden har to rom på hver side. De nærmeste rommene inneholdt store skap med instrumenter og bøker. De ytterste rommene på hver side hadde spesialfunksjoner. Meridianrommet var det viktigste av disse. I andre etasje hadde Hansteen flere instrumenter og et kontor. En trapp leder opp til tårnet med den store stjernekikkerten. En spalte i tårnhatten kan trekkes til side .Tårnhatten går på store tannhjul og kan dreies rundt for å gi fri sikt til himmellegemenes skiftende posisjoner.
Skyvbare tak
Meridianrommet var konstruert for den såkalte meridiansirkelen, et imponerende instrument som ble brukt til å beregne Christianias plassering i lengde- og breddegrader. Nullmeridianen for hovedstaden er fremdeles markert i gulvet. For å kunne måle stjernenes avstand til gitte punkt på horisonten kunne taket i rommet skyves til side ved hjelp av trinser og vinsj. Korresponderende høye vinduer kunne skyves inn i veggene. Slik ble det skapt en bred spalte i rommet, skreddersydd for meridiansirkelens behov.
Et viktig hus for Norge
Observatoriebygningen er utgangspunktet for den norske naturvitenskapen. Gjennom Christopher Hansteens mangfoldige virksomhet ble det skapt grunnleggende kunnskap som var en forutsetning for dagens Norge. Christian Heinrich Grosch regnes i dag som en av 1800-tallets viktigste arkitekter. Observatoriet står i en særstilling blant hans bygninger. Samlet gir bygningen en unik sammenstilling av norsk vitenskaps-, kultur- og arkitekturhistorie.
I 1934 hadde byens lys inntatt Solli. Observatoriet ble lagt ned og virksomheten flyttet til Blindern. Samtidig beveget astronomifaget seg bort fra de klassiske observasjonene og mot den såkalt teoretiske astrofysikken.