Обсерватория была создана в рамках развёртывания широкой сети станций наблюдения за
искусственными спутниками Земли (ИСЗ). В 1958 году она была расположена на бывшей территории Института прикладной геофизики у деревни Новошихово, а в 1964 году переместилась на постоянное место — напротив села
Луцино, в 12 км от
Звенигорода. В 1971 г. вступила в строй самая большая в мире спутниковая камера
ВАУ. Камера ВАУ — единственная в мире, способная проводить массовые наблюдения
геостационарных спутников (ГСС). В 1973 г. в новой башне с 8-метровым куполом был установлен 40-см астрограф
Carl Zeiss Jena (рус. «К. Цейсс, Йена»). С 1995 г. работает первая в
России станция
глобальной позиционной системы (
GPS), включенная в оперативную сеть Международной геодезической службы. С 1991 года по настоящее время на территории ЗНБ арендует участок с куполом обсерватории
Московский городской дворец детского (юношеского) творчества (МГДД(Ю)Т). Ранее МГДД(Ю)Т принадлежал Цейсс-600, но в 2006 году был проведён обмен, в ходе которого Дворцу отошёл 40-см астрограф, а ИНАСАН — Цейсс-600. Первые три
Астрофеста проходили на территории ЗНБ. В Звенигородской обсерватории с 2006 года располагается загородная обсерватория Московского астрономического клуба (МАК).