Rasathane kavramı Arapça "gözetleme" anlamına gelen rasad ile Farsça "ev" mânasındaki hane kelimelerden oluşur. Klasik literatürde, ilm-i hey'e ya da ilm-i felek olarak geçen astronomi, insanların evrenin sırlarını çözme ve yıldızların durumundan sonuçlar çıkarma (ilm-i ahkâm-ı nücûm) gayreti sonucu gelişim göstermiştir. İslamiyet'in yayılmasıyla birlikte ibadet vakitlerinin doğru tespiti ve yön bulma gibi ihtiyaçlar daha hassas ölçümlerin ve gözlemlerin yapılmasını gerekli kılmıştır. Abbâsîler döneminden itibaren sarayda görevli müneccimlerin (astrolog-astronom) var olduğu ve sultanların bu faaliyetleri destekledikleri bilinmektedir. Abbâsî Halifesi Me'mûn zamanında (813-833) Bağdat'ta ilk rasathane kuruldu. Kısa süre sonra Şam'da kurulan Kâsiyûn Rasathanesi, Selçuklu Sultanı Melikşah'ın İsfahan'da yaptırdığı Melikşah Rasathanesi (1075), İlhanlı Hükümdarı Hülâgû'nun İran'da kurduğu Merâga Rasathanesi (1259) ve aynı zamanda astronom olan Timur Hükümdarı Uluğ Bey'in inşa ettiği Semerkant Rasathanesi (1420) astronominin kurumsal gelişimine katkı sağlayan önemli merkezler olmuştur. Özellikle Semerkant Rasathanesi, Kadızâde-yi Rûmî, Ali Kuşçu, Gıyâseddin Cemşîd Kâşî gibi bilim insanlarını yetiştiren ve hem İslam dünyasında hem de Avrupa'da uzun süre kullanılan Zîc-i Uluğ Bey'in yazılmasını sağlayan bir eğitim kurumu haline geldi. Uluğ Bey'in ölümü (1449) sonrasında yeni bilgi üretimine yönelik astronomik gözlemler ve araştırmalar yavaşlarken dinî ihtiyaçların karşılanmasında muvakkithanelerin ön plana çıktığı görüldü.
Osmanlı Devleti'nin ilk resmî rasathanesi ise Sultan III. Murad zamanında Müneccimbaşı Takıyyüddin Râsıd'ın isteği üzerine 1577'de Tophane sırtlarında inşa edilen İstanbul Rasathanesi'dir (Dârü'r-rasadü'l-cedîd). Zîc-i Uluğ Bey'de bazı hatalar olduğunu düşünen ve bunları düzeltmek için yeni gözlemler yapan Takıyyüddin, özel hazırlanan dokuz alet ve on altı personelle birlikte astronomik problemlere çözümler üretmeye çalıştı. 1577 yılında İstanbul'dan görülebilen kuyruklu yıldızla ilgili izlenimlerini bir rapor halinde III. Murad'a sundu. Güneş parametrelerinin hesaplanması, ondalık kesirlerin astronomiye uyarlanması, dakikanın yanında saniyeyi de gösteren saatlerin astronomik gözlemlerde kullanılması, İstanbul Rasathanesi'nin astronomiye yaptığı önemli katkılar arasında sayılmaktadır. Kurum, bu açıdan aynı dönem ünlü astronom Tycho Brahe'nin Danimarka'da kurduğu Uraniborg Rasathanesi ile kıyaslanacak seviyede görülmüştür. 1580 yılında Şeyhülislam Kadızâde Ahmed Şemseddin Efendi'nin astronomik gözlem yapmanın felaket getireceğine dair görüşlerinden etkilenen Sultan III. Murad'ın İstanbul Rasathanesi'ni yıktırmasıyla kurumsal astronomi çalışmalarına son verdi. Ulema arasındaki çekişmenin etkisiyle gerçekleştiği iddia edilen bu olay, Osmanlı Devleti'nde resmî bir rasathanenin gerekliliği düşüncesini uzun süre rafa kaldırmıştır. Takvim, saat ayarı ve ibadet vakitleriyle ilgili ihtiyaçlar ise müneccimbaşılar ve muvakkitler aracılığıyla karşılanmıştır (bk. Müneccimbaşıcılık).
XVII. yüzyıldan itibaren Avrupa'da modern bilimlerin gelişimi, astronomi, meteoroloji, sismoloji, manyetik gibi alanlarda yeni aletlerin ortaya çıkması, rasathanelerde daha sistematik ve kapsamlı gözlemlerin yapılmasına imkân vermiştir. XIX. yüzyılda, meteorolojinin askerî ve ticarî açıdan öneminin artması ve telgrafın yaygınlaşması bu sahada uluslararası ağların kurulmasını sağlamıştır. Osmanlı Devleti'ndeki meteorolojik gözlemlerin bireysel ve kısıtlı kalması, yüzyıllar sonra ikinci bir resmî rasathanenin kurulmasını gündeme getirmiştir.
1868'de Osmanlı tebaasından Aristide Coumbary, İstanbul'da meteorolojik gözlemler yapan resmî bir rasathanenin kurulması teklifini hükümete sundu. Sultan Abdülaziz'in uygun bulması üzerine Coumbary'nin müdürlüğünde, Rasadhâne-yi Âmire (Observatoire Imperial Météorologique) (Kurum, kuruluşundan itibaren resmî yazışmalarında Türkçe-Fransızca mühür ve antet kullanmıştır, 1917'de bu durum tamamen Türkçe'ye çevrilmiştir. Dolayısıyla iki yazımın birlikte verilmesi uygun olacaktır) adıyla faaliyete geçti. Kurum, uzun bir süre Beyoğlu Pera caddesi üzerinde kiralık bir binada çalışmalarını sürdürdü. Avrupa'dan getirtilen barometre, termometre, anemometre, plüviyometre gibi aletlerle hava sıcaklığı ve basıncı, rüzgâr esiş yönü ve şiddeti, nem oranı, güneşlenme süresinin tayini, atmosferdeki ozon miktarının ölçümü, yağmur, kar, şimşek gibi olayların tespiti hakkında yaptığı gözlem sonuçlarını, günlük, aylık ve yıllık ortalamalar halinde defterlere kaydettirdi. Ayrıca İstanbul'da günde altı defa yapılan ölçümler sonucu hazırlanan raporlar telgrafla yurt içi ve yurt dışı kurumlarla paylaşıldı. Hava durumu, Takvîm-i Vekâyi', Ruznâme-i Cerîde-i Havâdis, La Turquie, İkdam, Tercümân-ı Hakîkat ve Tasvîr-i Efkâr gibi dönemin gazetelerinde de yayımlanarak bilimsel bilginin topluma yayılmasına katkı sağlandı. Rasathane Müdürü Coumbary'nin 1873'te Viyana Meteoroloji Kongresi'ne Osmanlı Devleti'ni temsilen katılması ise kurumun ve faaliyetlerinin uluslararası tanınırlığını arttırdı.
Rasadhâne-yi Âmire öncelikle meteorolojik gözlemler yapmak amacıyla kurulmuşsa da ilk yıllarından itibaren astronomi ile de ilgilendi. Teleskopla uzay cisimlerinin gözlemlenmesi, güneş ve ay tutulmalarının tespiti ve halka duyurulması, alaturka-alafranga doğru saat ayarının belirlenmesi, saat kulelerinin denetlenmesi, takvim hazırlanması, enlem ve boylam tayini gibi meseleler kurumun araştırmalar yürüttüğü ve hizmet verdiği önemli konular arasında yer aldı. Coumbary'nin ayı halka tanıtmak için hazırladığı Kamere Dair Bazı Malûmât'ı yayımlaması ve 1871'de Ahmed Cevdet Paşa (1823-1895) başkanlığında toplanan Tâyîn-i Tarih Komisyonu'nda yer alarak yeni bir takvim hazırlama çalışmalarına katılması, 1917'de rasathane müdürü Mehmed Fatin Efendi'nin saat ayarlarını düzenlemek için kurulan Tevhîd-i Saat Komisyonu'nda görev yapması kurumun bu alandaki gayretinin somut örnekleri olmuştur.
Meteoroloji ve astronomi dışında rasathanenin diğer önemli faaliyet alanı sismolojiydi. Genel olarak imparatorlukta meydana gelen depremler kayıt altına alınıyordu. 1894'te meydana gelen büyük İstanbul depremi ise sismoloji alanında daha sistematik adımlar atılmasını sağladı. Sultan II. Abdülhamid'in isteği üzerine biri Yıldız Sarayı'na, diğeri ise rasathaneye yerleştirilmek üzere Roma'dan iki takım sismograf getirdi ve İtalyan uzman Giovanni Agamennone deprem uzmanı olarak İstanbul'a davet edildi. Rasathaneye bağlı olmak üzere Maçka'da bir deprem şubesi inşa edilerek sismograf buraya yerleştirildi ve Agamennone denetiminde 1896 yılından itibaren İstanbul ve yakın çevresinde meydana gelen depremler kayıt altına alınmaya başladı. Agamennone, daha sonra yapılan çalışmalar sonucu Osmanlı Devleti ve çevresindeki bölgelerde meydana gelen depremlerin dağılımını, şiddetini ve sayısını içeren bir çalışma da yayımladı.
1896 yılında Coumbary'nin ölmesi üzerine yerine, kurumun fahrî üyelerinden Sâlih Zeki Bey atandı. Rasathanenin devamlılığı için yabancılara muhtaç kalmadan usta-çırak ilişkisi çerçevesinde yeni ve müslüman kadrolar yetiştirilmesi gerektiğini düşünen Sâlih Zeki Bey, müdürlüğü döneminde meslekî eğitime ve teknik donanımın geliştirilmesine önem verdi. 1909'da Maçka'daki deprem şubesi binasına taşınan rasathane, 31 Mart Vakası sırasında aletleriyle birlikte tahrip edildiğinden faaliyetlerine son verdi. 1911'de Kandilli İcadiye tepesindeki yeni binasında tekrar çalışmalarına başlayan kurumun müdürlüğüne Sâlih Zeki Bey'in öğrencisi Mehmet Fatin Efendi (Gökmen) getirildi. Meteoroloji, astronomi ve sismoloji alanlarında araştırmalarını geliştirmeye çalışan kurum, I. Dünya Savaşı sırasında kurulan askerî meteoroloji istasyonlarında görev yapacak memurlara eğitim vererek önemli bir hizmet sundu.
Rasathanenin yeniden yapılandırılmasıyla ilgili esas çalışmalar çerçevesinde 1926'dan itibaren yapımına başlanan yeni binalar (astronomi, sismoloji, jeodezi gibi) II. Dünya Savaşı öncesi büyük ölçüde tamamlandı. Harf inkılabı sonrası, Maarif Vekâleti Hey'et ve Fizik-i Arzî İstanbul Rasathanesi adını alan kurum, 1936'da resmî belgelerde Kandilli Rasathanesi olarak geçmeye başladı ve 1940'lı yıllarda Kandilli Rasathanesi, astronomi ve jeofizik şekliyle anıldı. 1982'de Boğaziçi Üniversitesi'ne bağlanarak Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü adını alan kurum, günümüzde gözlem ve araştırma faaliyetlerinin yanı sıra lisansüstü eğitim de vermektedir. 1936'dan itibaren ülke genelinde doğru saat ayarını belirlemeye ve ilan etmeye yetkili tek resmî birim olan rasathane, oşinografi (okyanus bilimi), gravite, jeofizik, kronometri, heliofizik (güneş fiziği) gibi alanlarda da ilk ve önemli çalışmaların yapıldığı bir araştırma ve eğitim kurumudur. Kandilli Rasathanesi, günümüzde üç ana kısım halinde hizmet vermektedir. Akademik birimler; Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı, Jeodezi Anabilim Dalı, Jeofizik Anabilim Dalı ve bağlı Manyetik Bölümü, laboratuvarlar; Astronomi Laboratuvarı, Meteoroloji Laboratuvarı, merkezler; Ulusal Deprem İzleme Merkezi, Tsunami Odak Noktası, Belbaşı Nükleer Denemeleri İzleme Merkezi, İznik Deprem Zararlarını Azaltma Merkezi olarak sıralanmaktadır.
Rasathanenin Osmanlı döneminde yayımladığı eserler arasında Annuaire a l'Usage de Constantinople pour l'Année (1871), Rasadhâne-i Âmire'nin Salnâmesi (Annuaire a l'Usage de Constantinople pour l'Année Bissextile, 1872), Fırtınaların Kavânîni (Lois des Tempêtes avec Dessins et Cartes des Tempêtes), Dersaadet Rasadhâne-i Âmiresi'nin Cevv-i Havaya Dair Yirmi Senelik Tarassudatı Neticesi, Rasadhâne-i Âmire'nin 1912-1913-1914 Senelerine Aid Hülasa-i Rasadâtı bulunmaktadır. Cumhuriyet dönemindeki ilk resmî yayın ise 1934'te Meteoroloji ve Sismoloji Rasadâtı olmuştur. Kandilli Rasathanesi, eğitim ve bilim tarihi açısından oldukça önemli yazma, matbu kitap ve aletlerden oluşan koleksiyonlara da ev sahipliği yapmaktadır. Türkçe, Arapça ve Farsça dillerinde, astronomi, matematik ve coğrafya gibi alanlardaki 1340 adet el yazmasının yanı sıra Fransızca ve Osmanlı Türkçesi bazı gözlem kayıt defterleri, saat, usturlap, sismograf gibi alet parçaları bu koleksiyonlar kapsamındadır. Türkiye'de modern bilimlerin tanınması ve eğitimi için öncü çalışmalar yürüten kurum, başta sismoloji olmak üzere astronomi ve meteoroloji alanlarında halkın güvenilir bilgi kaynağı olmayı sürdürmektedir. Cumhuriyet döneminde kurulan İstanbul Üniversitesi Rasathanesi, Ankara Üniversitesi Rasathanesi, Ege Üniversitesi Gözlemevi, TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Gözlemevi ve TÜRKSAT Gözlemevi gibi rasathaneler de gözlem ve eğitim öğretim faaliyetlerine devam etmektedirler.