Rattaché à la résidence d'été du Souverain pontife à Castel Gandolfo, il a rouvert le 14 mars 1891 après la bulle Ut mysticam du pape Léon XIII "pour réfuter les accusations permanentes selon lesquelles l'Église s'opposerait au progrès scientifique", rappelle L'Osservatore Romano, journal du Vatican. L'Observatoire avait vu le jour en 1579 à l'initiative du pape Grégoire XIII, plus connu comme l'initiateur du passage de l'Église catholique au calendrier grégorien.
Le directeur actuel de l'Observatoire du Vatican, le frère-jésuite Guy Consolmagno, en est un bon exemple. Détenteur d'une maîtrise des sciences de la Terre et des planètes obtenue en 1975 au MIT, ainsi que d'un doctorat à l'université de l'Arizona en 1978, il sera nommé à ce poste au Vatican par le pape François Ier en septembre 2015.