Tartu Observatooriumi põhitegevus on teadus- ja arendustegevus eesmärgiga edendada teadust astronoomia, kaugseire ja kosmosetehnoloogia valdkondades, pakkudes nende valdkondade teadustööl põhinevaid teenuseid. Observatoorium peab oluliseks ka noorteadlaste koolitamist ning oma teadustöö tutvustamist ja loodusteadlikku maailmavaate avardamist ühiskonnas.