天文臺的前身是建成于1931年夏的國立清華大學氣象臺。為了提供最好的研究條件,辦出一流的氣象學,學校
投資三萬三千余元修建了此氣象臺,并按照國際標準條例配置儀器、設備。當時在華北地區,清華大學氣象系的資料是最完整、最準確、最全面、最可靠的,北京、天津、太原等地的營造建設單位常到清華氣象系收集資料,咨詢問題。遺憾的是,到了1952年,隨著清華的院系調整,氣象系被并入北京大學。由于長時間的無人照看、維修,氣象臺越來越破舊。直到1997年,清華大學才改變了"無法無天"(法律和天文)的狀況,隨著天體物理學科的逐步建成,氣象臺也更名為天文臺。新天文臺的外觀設計是由
建筑系的關肇鄴院士組織,為使其顯得更加雄偉壯觀,在天文圓頂下面、原氣象臺的基礎上增加了一層。幾年來,從這座白色八角形的塔中走出了哈佛、MIT等美國超一流大學的博士生及博士后十幾名,短短的幾年間,清華天體物理在評估中勝過了許多天文學研究歷史悠久的學校,名列前茅。天文臺的建筑也被注入了水晶的紀念碑,向世人昭示"清華速度"。