En 1827, el comerciante griego Z.P. Zosima donó su dacha en Presnya a la Universidad de Moscú. En este territorio se construyó un observatorio bajo el proyecto del primer director, el profesor de astronomía D.M. Perevoshchikov. El arquitecto D.G. Grigoriev diseñó el edificio principal de piedra con una torre redonda sobre un doble cimiento, que permitía instalar instrumentos astronómicos de alta precisión, así como una casa de madera de dos pisos para los profesores. El observatorio comenzó su trabajo en 1831.

Aquí se llevaron a cabo importantes investigaciones científicas: las primeras observaciones espectrales de objetos celestes en Rusia, incluyendo el Sol; se sentaron las bases de la astrofotometría nacional; se inició la fotografía sistemática del cielo estrellado y el estudio de estrellas variables; se investigó la anomalía gravitacional de Moscú y mucho más. En la década de 1860 se creó un servicio de tiempo preciso, y en 1931 comenzó la transmisión de señales de tiempo preciso por radio, que continuó incluso durante los años de guerra. En el observatorio trabajaron científicos como B.Ya. Shveytsar, F.A. Bredikhin, V.K. Tserasky, P.K. Shternberg, en honor a quien se nombró el instituto astronómico, y otros que hicieron contribuciones significativas al desarrollo de la astronomía.

A lo largo de los años, aquí se escucharon conferencias de M.Yu. Lermontov, A.I. Herzen, M.V. Vasnetsov, hijo del artista V.M. Vasnetsov.

La especificidad del trabajo del observatorio requería una constante modernización y construcción para albergar nuevos equipos. En 1859 se amplió el pabellón con una cúpula metálica para un refractor de diez pulgadas; en 1895 se erigió la torre "Nazarovskaya" para un refractor de siete pulgadas, diseñada por K.M. Bykovsky; a principios de siglo, se añadió un aula a la torre redonda del edificio principal, y en la propia torre se instaló una cúpula giratoria y un telescopio-astrográfico.

En 1903 se construyó un edificio residencial para astrónomos visitantes, diseñado por D.V. Sterligov y remodelado por A.S. Grebenshchikov.

En 1931, se creó el Instituto Astronómico (GAISh) en la base del observatorio.

La construcción de posguerra en Moscú complicó significativamente el trabajo del observatorio. Continuó funcionando hasta la década de 1970, y las últimas observaciones científicas se realizaron en 1990.

Actualmente, en el edificio se encuentra un museo científico-educativo, un observatorio con valiosos exposiciones astronómicas y el telescopio más grande de Moscú.