El Museo Astronómico ha sido establecido en el edificio histórico del Observatorio Astronómico de Quito, dependencia de la Escuela Politécnica Nacional fundada en 1873 por iniciativa del Presidente Gabriel García Moreno.
Su mentalizador y primer director fue el padre jesuita Juan Bautista Menten, astrónomo alemán quien con ayuda del arquitecto Gualberto Pérez diseñó la edificación, tomando como modelo el observatorio de la ciudad de Bonn en Alemania.
La edificación totalmente restaurada por el Fondo de Salvamento del Municipio de Quito, contiene en su interior una de las más importantes colecciones de instrumentos científicos de fines del siglo XIX y principios del XX. Destacan el gran Telescopio Merz y el Círculo Meridiano Repsold, reliquias instrumentales que junto con otros instrumentos científicos han sido utilizados por la Segunda Misión Geodésica Francesa entre 1902 y 1914 y por los investigadores del Observatorio a lo largo de sus 136 años de existencia.
El Observatorio Astronómico de Quito es uno de los más antiguos de América Latina y, para su época, fue el primero en el mundo en situarse en la zona ecuatorial y por tanto el único que permitía la observación simultanea del hemisferio austral con el hemisferio boreal. Hoy es considerado como un valioso monumento patrimonial de la Nación
El atractivo principal es el Telescopio Ecuatorial Merz. Este aparato astronómico data de 1875, es de origen alemán, tiene la misma estructura y el mismo sistema de funcionamiento que los telescopios modernos.
Está ubicado en la cúpula principal del observatorio, la cual se encuentra aproximadamente a 15 metros de altura. La cúpula es giratoria y hecha de hierro. Tiene 6,75 metros de ancho y 6 metros de alto. Además, las dos placas que se encuentran en el centro se abren para permitir la visibilidad y proteger al equipo.
En esta misma cúpula, también se instaló una pantalla donde se observarán los avistamientos que capta el telescopio, con un sistema similar al de los circuitos cerrados de televisión.
En cuanto a las observaciones científicas y a las mediciones astronómicas que se hacen en el lugar ya no se las realiza de manera científica, puesto que la contaminación lumínica de la ciudad por el crecimiento de las zonas urbanas no permite una buena visibilidad de los astros. Para esto funciona un telescopio más grande y moderno en la Universidad Politécnica Nacional.