Ein Observatorium, von lateinisch observare, „beobachten“ ist ein Ort zur Beobachtung physikalischer und anderer naturwissenschaftlicher Phänomene.
Die wohl bekannteste Art von Observatorium ist die Sternwarte zur Beobachtung von Himmelskörpern Phänomene im Bereich des sichtbaren Lichtes. Spezielle astronomische Observatorien beobachten kosmische Phänomene anderer Wellenlänge, z. B. Weltraumteleskope für die Bereiche von Infrarot, UV und der Röntgenstrahlung sowie im langwellligen Bereich die Radioteleskope.
Auch meteorologische Stationen gehören zu den Observatorien.
Seismische Observatorien dienen der Beobachtung von Erdbeben, andere Stationen aus dem Bereich der Geophysik etwa für Messungen des Erdmagnetismus, der Meeres- und der Erdgezeiten.