1974년 9월 국립천문대로 설립된 후, 1986년 3월에 정부출연 연구소인 한국전자통신연구소 부설 천문우주과학연구소로 바뀌었다. 1991년 10월 한국표준과학연구원 부설 천문대로 개편되었으며, 1999년 5월 독립기관인 한국천문연구원으로 발족하였다.

한편, 1978년 9월 소백산천문대의 준공으로 한국 현대천문학이 시작되었고, 1985년 12월 대덕전파천문대가 준공됨으로써 관측영역을 전파영역으로 확대하였다. 1996년 4월에는 보현산천문대를 준공, 미래천문학으로의 도약의 발판을 마련하였다.

이 연구원에서는 광학·전파·이론·관측 천문학과 함께 우주천문학 연구로 연구범위를 확대해가고 있으며 ‘우주에 대한 탐구’라는 순수과학적 측면에서의 연구뿐 아니라 우주 관련 기술 개발에도 노력하고 있다. 조직은 우주천문연구부·우주과학연구그룹·GPS연구그룹·천문정보연구그룹·천체물리팀·역서팀·전산팀의 연구부서와 소백산천문대·대덕전파천문대·보현산천문대의 지역천문대, 총무과·기획예산과·기획회계팀의 기획관리부로 구성되어 있다.

주요활동은 ① 국가로부터 위임받은 음력·양력, 일몰·출몰 시각, 표준시 결정 등 국가의 천문 업무 수행 ② 천문우주과학에 대한 종합적 관측 및 천문 현상 규명 ③ 첨단 관측시설의 운영 및 개발로 우주의 관측영역 확대 ④ 국내외 천문학자와의 공동연구 ⑤ 국가의 과학문화 발전을 위한 천문 정보 보급 등이다. 대전광역시 유성구 화암동 61-1번지에 있다.