Es el Observatorio astronómico más antiguo de España y uno de los más antiguos del mundo. Fundado en 1753 por Jorge Juan, en este centro se establece la hora oficial de España, siendo uno de los centros científicos más importantes del mundo en los ámbitos de actuación.

De entre sus secciones científicas en la actualidad cabe destacar la Sección de Hora, que cuenta con una batería de relojes atómicos y todo el instrumental asociado, con el que se establece y mantiene desde el año 1973 la escala de Tiempo Universal Coordinado del Real Observatorio de la Armada (UTC(ROA)), considerada desde el año 1976 la base de la hora oficial española.

También es interesante mencionar la Sección de Geofísica, cuyos orígenes se remontan a los principios del Observatorio, pero que se crea formalmente en 1924, funcionando desde entonces ininterrumpidamente. Esta Sección trabaja en Sismología, Geomagnetismo, Satélites (estudios geodésicos basados en seguimientos mediante telemetría láser, y receptores geodésicos, GPS y en general GNSS.

Recientemente, esta labor se ha visto ampliada con la inclusión de trabajos de seguimiento de basura espacial a partir de su Estación de Telemetría Láser).

La Sección de Astronomía ha tenido por misión desde la fundación del Observatorio la realización de las observaciones y estudios teóricos de posiciones de estrellas y astros del sistema solar. En un principio las que eran necesarias para la publicación del Almanaque Náutico y las Efemérides Astronómica y posteriormente, al ampliarse sus objetivos, todas aquellas que eran posibles efectuar con sus instrumentos y métodos de trabajo, principalmente las recomendadas por la Unión Astronómica Internacional.

La Sección de Astronomía centra toda su actividad en la Astrometría de Gran Campo, y dentro de esta dirige la mayor parte del esfuerzo a la exploración, catalogación y seguimiento de basura espacial.

La Sección de Efemérides se encarga del cálculo y elaboración de una serie de publicaciones astronómicas, tarea que viene realizando sin interrupción desde 1791. Como publicaciones más importantes cabe destacar el Almanaque Náutico (de interés para marinos y navegantes) y las Efemérides Astronómicas (de interés para astrónomos y geodestas). De igual modo la Sección de Efemérides efectúa trabajos de investigación sobre Mecánica Celeste y presta, además, numerosas colaboraciones a entidades tanto oficiales como particulares.

La Biblioteca del Observatorio está compuesta por más de 30.000 volúmenes y una rica colección de publicaciones periódicas. En su inventario cuenta con varios ejemplares incunables y con un fondo antiguo (hasta el año 1800) de más de 1300 ejemplares. La biblioteca conserva además una colección de cartografía con casi 4000 mapas, compuesta principalmente por cartas náuticas de los siglos XVIII y XIX. Por último es digno de mencionar su colección museográfica y su importante fondo archivístico.