Założone w 1948 roku dzięki staraniom toruńskich naukowców: prof. Władysława Dziewulskiego i prof. Wilhelminy Iwanowskiej w oddalonych o około 10 km od Torunia Piwnicach w XIX–wiecznym dworku otoczonym malowniczym parkiem. W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku obserwatorium zostało rozbudowane o kilka budynków z rozsuwanymi kopułami kryjącymi optyczne teleskopy. W roku 1979 został tu uruchomiony pierwszy 15–metrowy radioteleskop. W latach dziewiędziesiątych w ramach największego w Europie Środkowej programu badań astronomii i radioastronomii ustawiono tu 32–metrowy radioteleskop będący największym tego typu obiektem w tej części kontynentu i jednocześnie trzecim co do wielkości w Europie. Oba radioteleskopy są częścią światowego systemu VLBI i pracują w międzynarodowej sieci obserwacji kosmosu. Z toruńskim obserwatorium powiązani są wybitni naukowcy z dziedziny astronomii m. in. prof. Aleksander Wolszczan – odkrywca pierwszych planet spoza Układu Słonecznego.