La Specola Vaticana nasce dalla lunga tradizione della Chiesa nel campo dell’astronomia, legata alla riforma gregoriana del calendario e all’attività scientifica dei gesuiti del Collegio Romano. Dopo la perdita dell’osservatorio del Collegio Romano nel 1879, Leone XIII promosse nel 1888 la nascita di un nuovo osservatorio, affidandone la realizzazione al gesuita P. Francesco Denza. Gli strumenti scientifici furono collocati nella Torre dei Venti, dove Denza organizzò un centro destinato a ottenere rapidamente riconoscimento internazionale.
Un momento fondamentale fu la partecipazione al progetto internazionale della Carte du Ciel, iniziato a Parigi nel 1887. La Specola contribuì alla fotografia e alla misurazione sistematica delle stelle, grazie anche al grande astrografo installato nel 1891 sulla Torre Leonina. Dopo la morte di Denza, il P. Giuseppe Lais proseguì per molti anni il lavoro fotografico, realizzando centinaia di lastre e partecipando alla catalogazione delle stelle.
Nel 1906 la direzione passò al P. Johan Hagen, che riorganizzò l’osservatorio e ne potenziò le strutture e gli strumenti. Sotto la sua guida fu completato un importante Catalogo astrografico, comprendente 481.215 stelle, e furono condotti studi sulla rotazione della Terra.
Con il progressivo aumento dell’inquinamento luminoso di Roma, sotto Pio XI la Specola fu trasferita a Castel Gandolfo tra il 1932 e il 1935. Qui vennero installati nuovi telescopi e nacque un importante laboratorio astrofisico e spettroscopico, diretto dal P. Alois Gatterer, che realizzò importanti atlanti spettrali e fondò nel 1939 la rivista Spectrochimica Acta.
La Seconda guerra mondiale interruppe temporaneamente le attività: Castel Gandolfo accolse migliaia di sfollati e la comunità della Specola dovette trasferirsi a Roma. Nel dopoguerra la ricerca riprese e nel 1958 fu ufficialmente concluso il contributo vaticano alla Carte du Ciel.
La Specola ampliò quindi i propri interessi, dedicandosi allo studio della Via Lattea e delle stelle variabili. Il P. Walter Miller identificò circa 500 nuove stelle variabili, mentre il P. Daniel O’Connell e il Fr. Karl Treusch studiarono il fenomeno del raggio verde. Nel 1957 arrivò inoltre il telescopio Schmidt, utilizzato per importanti ricerche spettroscopiche.
Negli anni Sessanta l’osservatorio entrò nell’era dell’informatica, creando nel 1965 un Centro di Calcolo per l’elaborazione dei dati astronomici. Negli anni Settanta, però, anche Castel Gandolfo divenne troppo luminoso per le esigenze della ricerca. Sotto la direzione del P. George Coyne, la Specola avviò quindi una collaborazione con l’Università dell’Arizona e dal 1980 utilizzò le strutture dello Steward Observatory di Tucson.
Questa collaborazione portò alla costruzione del Vatican Advanced Technology Telescope (VATT) sul Monte Graham, a circa 3.200 metri di altitudine. Il progetto, sostenuto anche dalla Vatican Observatory Foundation, segnò una nuova fase della storia della Specola, caratterizzata dall’utilizzo di tecnologie ottiche avanzate e dalla collaborazione con la ricerca astronomica internazionale.