Открытие Павловской обсерватории состоялось 2 июня 1878 г. Обсерватория располагалась на восточном краю знаменитого Павловского парка. Кроме главного здания, где размещались физическая и химическая лаборатории, мастерская, библиотека и комнаты для служебных занятий, обсерватория располагала деревянным павильоном для абсолютных магнитных измерений и подземным каменным павильоном для вариационных магнитных наблюдений.
На территории обсерватории находилось 14 будок и приспособлений для магнитно-метеорологических и астрономических определений. В обсерватории велись наблюдения за атмосферным давлением, температурой воздуха и почвы, абсолютной и относительной влажностью, направлением и силой ветра, облачностью, потенциалом атмосферного электричества.
Учреждение Павловской обсерватории стимулировало развитие отечественных наук о Земле, в частности магнитометрии. Тщательно продуманное расположение научных павильонов, расстановка приборов в павильонах, исключающая их взаимное влияние, учёт различных факторов, искажающих результаты абсолютных и вариационных наблюдений, в первую очередь обеспечение постоянства оптимальной температуры в вариационном павильоне и минимальной абсолютной влажности, четкая организация наблюдений, подробнейшим образом расписанная в инструкции, регулярное издание их результатов поставили Павловскую обсерваторию в ряд образцовых обсерваторий мира.
В дальнейшем Павловская обсерватория служила эталоном при основании подобных учреждений в России и за рубежом. По богатейшему оснащению измерительной аппаратурой, постановке методических разработок, развитию новых методов и видов наблюдений и исследований Павловская обсерватория занимала одно из ведущих мест среди первоклассных обсерваторий земного шара. По ее образцу создавались подобные учреждения не только в России, но и в Европе.
В обсерватории были заложены основы таких научных дисциплин, как земной магнетизм, ионосфера, атмосферное электричество, атмосферная оптика, актинометрия, аэрология. По инициативе Павловской обсерватории была начата генеральная магнитная съёмка России, в основном завершенная перед Великой Отечественной войной. Она имела исключительное научное и народнохозяйственное значение.
Осуществлённый обсерваторией в 1930 года выпуск первого в мире радиозонда не только явился знаменательным событием в истории аэрологии, но и заложил прочную основу новой отрасли науки — радиотелеметрии. Большое развитие получило в Павловской обсерватории геофизическое приборостроение. Созданная её учеными аппаратура нашла широкое применение в стационарных и полевых наблюдениях во всем мире. Здесь же впервые в СССР началось изучение космических лучей и были развернуты ионосферные наблюдения и исследования.
Обсерватория принимала активное участие в подготовке и проведении Первого и Второго международного полярного года (1882-83 и 1932-33 гг.) и других крупных международных научно-исследовательских программ. Началась Великая Отечественная война, и в первые осенние дни 1941 года всемирно известная Павловская обсерватория была захвачена фашистами, которые полностью уничтожили её при отступлении.
На базе Павловской обсерватории возник Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР, продолживший её работы в области земного магнетизма. Сегодня это Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), головное отделение которого расположено в Троицке, Москва.
