观星台创建于元朝至元十三年至十六年（1276－1279年），距今已有730多年历史，是保存完好的元代天文观测仪器。它的功能是“昼参日影，夜观极星，以正朝夕”，就是通过观测日影长短和方向来确定节气，通过寻找日、月、星、辰运动的规律，作为制订历法的依据。观星台是元代天文学家郭守敬进行“四海测验”（当时在全国范围内进行的一次规模空前的地理纬度测量活动）时，在全国所建的27个观测站的中心天文台，也是现在仅存的一处。经过郭守敬和王恂等人在观星台的观测和推算，在1281年颁布了当时世界上最先进的历法-《授时历》。《授时历》所求得的回归年的周期为365.2425天，其精确程度与现在的《格里高利历》（公历）相比分秒不差，但却早了300多年，与现代科学推算的回归年的周期相比，仅相差26秒。观星台高台所用砖料十分坚固，砌筑相当精确，反映了13世纪中国科技建筑的建造水平，也是世界建筑史和科技史上的重要先驱作品。

观星台南侧的周公测景台是古代祖先测量日影、验证时令季节的仪器。分台座和台柱两部分，台座叫圭，台柱叫表。夏至日这一天的正午，在测景台的周围看不到表的影子，所以，称此台为无影台。又因为无影，我们的祖先就认为这里就是地中。

观星台和周公测景台、周公庙等建筑组成一座完整的院落。除测景台和观星台两座天文科技建筑外，中轴线上还保存有照壁、大门、戟门、周公祠、帝尧殿等明清建筑。观星台院内现存碑刻12通，还有复制的天文仪器，都是与天文观测有关的重要历史遗存。1961年3月4日，国务院公布观星台为第一批全国重点文物保护单位。