У 1821 році адміралом Олексієм Грейгом була заснована морська обсерваторія з метою забезпечення Чорноморського флоту точним часом, морехідними мапами, для навчання морських офіцерів астрономічним методам орієнтування. Місцем для будівництва обсерваторії була обрана вершина Спаського кургану - найвищого пагорбу Миколаєва (52 м), а автором проекту головного будинку був головний архітектор Чорноморського адміралтейства Федір Вунш.
Будівництво обсерваторії почалося 28 травня 1821 року і проходило під контролем віце-адмірала О.С. Грейга. В цей день на Спаський курган прийшли 70 рекрутів, і почалася робота по розбивці фундаменту і доставці необхідних матеріалів.
Головний вхід в будівлю вирішили облаштувати на північній стороні пагорба. Над аудиторією архітектор спроектував високу ротонду з плоским дахом, в центрі якої був зроблений круглий отвір для спостереження за зірками.
Біля головної аудиторії знаходиться зала, де в 1832 році було встановлено меридіанне коло - роботи відомого механіка Ертеля з Мюнхена. Меридіанне коло і пасажний інструмент - головні інструменти астрономів, прилади були унікальні для того часу.
У всьому світі існують лише дві такі обсерваторії, які виконують завдання визначення положення небесних світил. Перша знаходиться в Вашингтоні, друга - в Миколаєві.
Спочатку, обсерваторія мала назву Морської обсерваторії, яка протягом століття забезпечувала чорноморський флот мапами. Тисячі штурманів навчалися тут методам визначення положення корабля по зоряному небу. Миколаївська обсерваторія в регіоні Чорного моря має найбільш точну географічну широту і довготу, а також добре організовану Службу часу.
У 1912 році Морське відомство передало обсерваторію головній економічній обсерваторії Росії (Пулковській). Установа стала «сухопутною».
Предмет особливої гордості миколаївських астрономів - музей. Тут збережені унікальні астрономічні інструменти: меридіанне коло і переносний вертикальний круг фірми Репсольда, колекція астрономічних годинників XVIII-XIX ст., астрономічні книги XVII-XIX століть, більше 80 інших експонатів.
