Observatorium atau balai pengamatan adalah sebuah lokasi dengan perlengkapan yang diletakkan secara permanen agar dapat melihat langit dan peristiwa yang berhubungan dengan angkasa. Menurut sejarah, observatorium bisa sesederhana sextant (untuk mengukur jarak di antara bintang) sampai sekompleks Stonehenge (untuk mengukur musim lewat posisi matahari terbit dan terbenam). Observatorium modern biasanya berisi satu atau lebih teleskop yang terpasang secara permanen yang berada dalam gedung dengan kubah yang berputar atau yang dapat dilepaskan. Dalam dua dasawarsa terakhir, banyak observatorium luar angkasa sudah diluncurkan, memperkenalkan penggunaan baru istilah ini.