作为上海科技馆分馆，其位于观测条件优越的滴水湖畔，占地42万平方英尺（约3.9万平方米），包含了临时展区和长期区、高为78英尺(约24米)的太阳望远镜、天文台、光学天文馆等一系列建筑实体。
该天文馆由Ennead建筑事务所设计合伙人Thomas J. Wong设计，该事务所以打造全球标志性文化建筑而闻名。在此次设计中，Thomas将天文主题渗透到建筑的每个细节中，确保游客体验的连续性。而建筑本身如同一个巨大的日晷，独特的弧线外观源自对于轨道运动的形式化抽象，整个建筑成为连接人和宇宙的“工具”。轨道所环绕的中心即是建筑内的三个“天体”：圆洞天窗、天象厅球体和倒转穹顶。这三大要素某种程度上展现了人类太空探索的轨迹。此次，上海天文馆打造了一个具有开创性的博物馆体验，同时还为参观者呈现了日月星辰的变化，以及浩瀚星海的神秘。
