V r. 1917 byla ustavena Česká astronomická společnost, která si předsevzala zřídit v Praze hvězdárnu, aby popularizovala výsledky astronomie pro širokou veřejnost. V čele společnosti tenkrát stáli ing. Jaroslav Zdeněk Štych, Karel Anděl a Josef Klepešta. První pozorovatelnou pražských astronomů byla nejprve jedna z věží Wilsonova nádraží, později zkoušeli pracovat dokonce v umělé jeskyni v Grébovce, ale z důvodů osvětlení centra města nevyhovovala ani věž pražského Klementina. Po roce 1926 bylo rozhodnuto vybudovat zcela novou hvězdárnu na Petříně při Hladové zdi. Pražská obec tehdy propůjčila k tomu účelu parcelu, na níž stála bašta opevnění se strážním domkem. Dobřichovický stavitel a člen astronomické společnosti J. Veselík upravil domek a přistavěl nové křídlo, které mělo nahoře terasu a první tzv. východní kupoli, v níž byl umístěn hledač komet. Byla zde i pracovna, knihovna, přednášková místnost a byt správce. Po dokončení této první etapy byla hvězdárna zpřístupněna nejprve členům astronomické společnosti a od května r. 1929 i široké veřejnosti. Od svého založení nesla jméno slovenského významného astronoma, generála francouzské armády, letce, diplomata a spoluzakladatele československého státu, ministra vojenství v první vládě ČSR Milana Rastislava Štefánika. Stavba hvězdárny i ostatních kupolí pokračovala a byla dokončena r. 1930. Do nové hlavní kupole byl umístěn veliký Zeissův dvojitý astrograf, dalekohled o průměru hlavního zrcadla 400 mm, zakoupený se značnou slevou z pozůstalosti vídeňského astronoma Rudolfa Königa. Na realizaci projektu tehdy přispěl i T. G. Masaryk. Technicky obtížný byl jeho převoz z Vídně i jeho instalace. Dalekohled byl upevněn na patnáctimetrový pilíř, zazděný v základech o hloubce sedm a půl metru. Raritou je, že do pilíře jsou uloženy urny s popelem dvou významných astronomů, ing. Jaroslava Štycha a Karla Anděla. V květnu 1945 utrpěla hvězdárna značné škody, když byla ostřelována ustupujícími německými jednotkami. Byla poškozena hlavní kopule i tubusy některých dalekohledů, cenné objektivy však byly naštěstí včas ukryty. Následně bylo vše opraveno.
Velkou přestavbu a rozšíření prodělala hvězdárna v letech 1971 – 76. Objekt byl zvýšen o jedno patro, byl rozšířen počet pracovišť a podstatně zlepšeno vybavení. I když má dnes hvězdárna dalekohledy s větším průměrem objektivu, původní Zeissův dalekohled je stále její vznešenou dominantou. Veřejnosti jsou zpřístupněny dvě ze čtyř pozorovacích stanovišť, západní a hlavní kopule. V západní kopuli je umístěn moderní zrcadlový dalekohled typu Maksutov Cassegrain. Jeho optika umožňuje sledovat až 2600 krát menší objekty než ty, které lze pozorovat pouhým okem. Návštěvníci hvězdárny mohou za jasného počasí pozorovat ve dne Slunce se slunečními skvrnami, případně i protuberance, někdy i planetu Venuši. Večer pak lze pozorovat povrch Měsíce, některé další planety, dvojhvězdy i vícenásobné hvězdy, kulové a otevřené hvězdokupy, galaxie a mlhoviny. Ke všem pozorováním dostanou návštěvníci odborný výklad. Hvězdárna nabízí pořady pro školy a mládež, pořádá výstavky a věnuje se i publikační činnosti, vydává mapy a atlasy hvězdné oblohy a od r. 1933 vydává Hvězdářskou ročenku, která začala vycházet již r. 1921. V průběhu času se pojmenování hvězdárny měnilo, ale od r. 1990 je používán opět název Štefánikova hvězdárna.