徐家匯觀象臺始創於清同治十一年（1872年），由法國高鎬鼎司鐸發起。1872年12月開始正式記錄，舊臺在肇嘉畔，只是平屋數間，十分簡陋。後因氣象事業發展迅速，遂於1899年在徐光啟墓東首闢地建起新臺，1902年建成，同年，舊臺遷入新址工作，也就是現在的徐家匯觀象臺。

　　這是一幢文藝復興風格的三層建築，高55.78英尺，建築面積3.23萬平方英尺。大樓中央建有磚木結構的測風塔，頂高131.24英尺，安有貝克萊風向風速儀。主樓樓面還安有法國巴爾惹門（音譯）伯爵夫人瑪爾太（音譯）贈送的大鍾一座，逢刻奏樂，遇時鳴鍾，為周圍居民授時。

　　該建築外立面為灰色清水磚牆、圓拱券窗，窗框和窗下裝飾采用紅磚，局部牆身帶有齒形飾，部分窗框由紅磚砌築成隅石狀。中央入口上方設方形鍾樓，鍾樓上原有塔樓現已不存。平臺及室外樓梯采用古典式寶瓶狀欄杆。

　　徐家匯觀象臺在被國際天文協會確定為標准時計處後，在1926和1933年兩次參加國際經度聯測任務，成為重力加速度的基准點，是世界三大基准點之一（其他兩處分別在巴黎和舊金山）。

　　1950年徐家匯觀象臺由上海軍管會接管，後由中科院紫金山天文臺管理並改為觀象臺。2004年1月5日被公布為徐匯區區級文物保護單位，現該觀象臺為上海市氣象局所屬。