上海天文台以天文地球动力学和银河系、星系天体物理为主要学科发展方向,拥有甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、全球定位系统（GPS）等多项现代空间天文观测技术，是世界上同时拥有这些技术的7个台站之一。主要设备有：25米射电望远镜，1.56米光学望远镜，60厘米人造卫星激光测距仪，40厘米双筒折射望远镜，Reque8100GPS接收机和氢原子钟等。经国务院学位委员会批准，上海天文台为天文学一级学科博士和硕士学位授权点。
上海天文台是首批进入中科院知识创新工程的单位之一。已进入创新工程的项目有“空间飞行器精密定轨及其应用”、“卫星激光测距技术及应用研究”、“地球自转变化”、“星团和银河系结构”、“活动星系核的VLBI研究”、“射电天体测量与天球参考系”、“宇宙学”等七个研究团组以及VLBI技术实验室和VLBI观测基地。上海天文台的科学目标是：应用现代空间天文观测技术监测和综合研究地球整体运动和各圈层变化的相互作用、探索有关重要的自然灾害预测的天文学方法和手段；开展和深化星团、银河系结构及其演化的研究，活动星系核致密结构的观测研究，星系动力学数值模拟以及星系形成、演化和宇宙学研究；以及VLBI技术研究、氢原子频标和时频技术研究、天文望远镜及光学技术研究等。
上海天文台的科研主体由天文地球动力学研究中心、天体物理研究室、VLBI研究室和计算信息中心等部门构成。它是中国科学院光学天文联合开放实验室佘山观测基地、中国科学院射电天文联合实验室VLBI分部所在地，国际合作项目“亚太地区空间地球动力学研究计划”（APSG）中央局和中国科学院天文地球动力学联合研究中心所在地，是中德马普伙伴小组－宇宙学研究小组承担单位，是上海市天文学会的挂靠单位。上海天文台佘山工作站被中国科协命名为“全国科普教育基地”、被上海市政府命名为“上海市青少年教育基地”和“上海市科普教育基地”。
为促进培养与选拔跨世纪学科带头人，吸引各类优秀青年人才，经中科院批准，与德国马普科学技术促进会共同组建了“马普天文青年伙伴小组”，由国外引进杰出青年人才组建“宇宙学”研究团组。该小组已于2000年6月正式启动，并取得了院百人计划的支持。
上海天文台注重园区建设和创新文化建设。目前已拥有23层的科研大楼,配有中央空调系统、计算机网络系统、网上天文资源服务系统、多功能会议系统和键身房，还配有研究生客座公寓和高级访问学者公寓等，环境优美，已成为该地区的软件基地之一。
由上海天文台和上海市天文学会主办的科普网站“上海网上天文台”已开通，以网络媒介普及天文知识，满足广大青少年对天文知识的渴求，加强唯物主义和科普知识的宣传教育，增进人们学科学、讲科学、用科学的社会风尚。