Она стала одной из первых в Европе и первой в Украине и должна была обеспечивать флот картами и проводить уроки по астрономическому ориентированию. В 1912 году Николаевская обсерватория стала филиалом Главной (Пулковской) астрономической обсерватории (ГАО). В настоящее время ее основной функцией было распространение системы Пулковских абсолютных звездных каталогов на южное небо и наблюдение за Солнечной системой. В послевоенное время в обсерватории провели обновление оборудования, начали развивать фотографическую астронометрию, которая давала одни из самых точных показателей в мире, проводили полярные экспедиции, создавали каталоги небесных светил и т.д.
В 1992 году Николаевская астрономическая обсерватория стала независимым научным учреждением, а в 2002 году получила звание научно-исследовательского института. В этот период больший акцент в деятельности учреждения делали на приборостроении и исследовании околопланетного пространства. В техническом арсенале обсерватории появились автоматический телескоп с ЮЗЖД приемником Аксиальный меридианный круг (АМК), признанный национальным достоянием Украины, скоростной автоматический комплекс для наблюдений, первый в Украине мобильный телескоп.
Недавно на территории обсерватории был открыт музей, где представлены астрономические приборы от 13 века до современности. Среди них — телескоп, который 150 лет был самым большим в мире.
