中国科学院国家天文台成立于2001年4月，系由中国科学院天文领域原四台三站一中心撤并整合而成，包括总部及4个直属单位，总部设在北京，直属单位分别是：云南天文台、南京天文光学技术研究所、新疆天文台和长春人造卫星观测站。紫金山天文台、上海天文台继续保留院直属事业单位的法人资格，为国家天文台的组成单位。
国家天文台坚持“三个面向”，在面向世界科技前沿方面，形成宇宙大尺度结构、银河系结构和演化历史、恒星和致密天体、系外行星、太阳物理等若干国际著名的卓越团队；在面向国家重大需求和面向国民经济主战场方面，成为国家空天安全等领域不可替代的重要“方面军”。将国家天文台建设成为世界一流水平的集（1）天文学前沿研究、（2）天文技术与方法创新及应用、（3）重大观测装置建造与运行、（4）国家月球与深空探测科学应用和国家空间碎片监测与应用，四位一体的综合性国立天文研究机构。三个重大突破为：银河系结构和化学-动力学演化，月球与深空探测和空间环境安全，优质建成 FAST 并成功运行、射电天文研究条件取得重大突破。五个重点培育方向为：星系宇宙学，恒星和致密天体，太阳活动与日地环境，先进望远镜与终端科学仪器关键技术，应用天文研究和产业化推广。
国家天文台为国家航天局空间碎片监测与应用中心、中国科学院天文大科学研究中心、中国科学院南美天文研究中心的依托单位，为中国科学院空间科学研究院的组建单位，以及中国科学院大学天文与空间科学学院的主承办单位。