Мадридская Королевская обсерватория была основана по инициативе Карла III по предложению Хорхе Хуана. Строительство основного здания, созданного по проекту Хуана де Вильянуэва, началось в 1790 году на небольшом холме рядом с местом, где сейчас находится парк Ретиро. Одновременно астроному Уильяму Гершелю было поручено создание телескопа-рефлектора диаметром 60 см.

В здании Вильянуэва находится открытая для посещения большая библиотека, где хранится большое количество старинных книг, часть коллекции инструментов, среди которых меридианный круг Репсольда 1854 года, коллекция точных часов и зеркало из полированной бронзы Уильяма Гершеля. Маятник Фуко на центральной ротонде иллюстрирует ежедневное вращение Земли. Остальную часть коллекции можно увидеть в Научном зале Земли и Вселенной, в котором представлены контрольно-измерительные приборы исторического значения, как Обсерватории, так и Национального географического института (IGN), которому она подчиняется с 1904 года.

Также посетители могут увидеть реконструкцию телескопа-рефлектора с диаметром 60 см и фокусным расстоянием 25 футов, созданным знаменитым астрономом Уильямом Гершелем для этой обсерватории в конце XVIII – начале XIX ст. Оригинальный телескоп был уничтожен в 1808 году в период наполеоновской оккупации.

С самого начала Королевская обсерватория была источником данных для астрономии и науках о Земле (солнечная и звёздная физика, небесная механика, официальный хронометраж, геодезия, картография, геомагнетизм, сейсмология, метеорология).

В настоящее время здание занимают Национальная астрономическая обсерватория и Центральная геофизическая обсерватория. В течение последних десятилетий обсерватория выполняла передовую роль в развитии радиоастрономии в нашей стране, а также в астрономических и геодезических исследованиях. Кроме того, был создан Центр сбора данных о новой национальной службе наблюдения и оповещения о сейсмической активности. Посмотреть видео с этими и другими видами деятельности можно во время визита.