Ее построил Улугбек (1394—1449), который был не только правителем Самарканда, но и талантливейшим ученым того времени. Она была построена по проекту, разработанному самим Улугбеком вместе с учеными-астрономами, среди которых были Казызаде Руми, Муин-ад-дин Каши и Али Кушчи. В основу проекта легли приемы строительства древних храмов, которые использовались для астрономических наблюдений, связанных с календарным отсчетом времени, сезонными явлениями природы и сроками земледелия.

В те времена не было оптических линз, и точность наблюдений невооруженным глазом целиком зависела от размеров прибора.

Поэтому гигантским инструментом для измерений служило само здание обсерватории.

Подобные инструменты изготовлялись еще в XI в.: способ построения секстанта Фахри, изобретенного выходцем из Ферганы Аль -Ходжанди, описан среднеазиатским ученым Абу Рейханом Бируни.