Ən qədim rəsədxana kimi bizim eradan əvvəl yaradılmış daş tikililər tanınır. Məsələn, İngiltərədə mövcud olan Stounhenc b.e.ə. 3000-ci illiyə təsadüf edir. Çxomsonde (ingl. Cheomseongdae) Şərqdə ən qədim rəsədxana sayılır (VII əsr). Çində isə rəsədxana üzrə sülalə yaradılmışdır. Tanq sülaləsi ərəfəsində təqviminin tərtibi üçün 729-cu ildə 114-cü paralel olaraq 10 rəsədxana tikdirilir. Peruda bir dağın təpəsində tikilmiş 13 qüllədən ibarət 2300 yaşlı rəsədxanası hələ də qalmaqdadır. Orta əsrlərdə rəsədxanalarda çalışanlar klassik münəccimlər idilər. Onlar ölçü aparmaq üçün kvadrantlardan və astrolablardan istifadə edirdilər. Buna misal üçün Nəsirəddin Tusinin Marağa və rəsədxanalarını göstərmək olar.

1608-ci ildə teleskopun ixtirasından sonra münəccimlər də təkmilləşirlər və bu gün bizə məlum olan astronomiya ilə məşğul olan şəxslər formalaşmağa başlayır. Çox vaxt bu işlə varlılar boş vaxtlarında məşğul olurdular. Səmanı seyr etmək üçün evlərin damlarında qüllələr ucaldılır və əlavə otaqlar tikilirdi. 1675-ci ilə təsadüf edən rəsədxanasının (ingl. Royal Greenwich Observatory) tikintisi də bu araya düşür.

XIX əsrin sonuna kimi rəsədxanada çalışanlar dövlətlərdə gedən tədqiqat işlərində əsas mövqelərdən birini tutmuşdur. Bununla onlar hakim dairələrə çox yaxın olmuşlar. Səmanın keyfiyyətli müşahidə edilməsi üçün qaranlıq və aydın səmanın olması vacibdir. Şəhərlər böyüdükcə onların səmasının tüstüdən tutulması aparılan müşahidə işlərinin dəqiqliyinə mənfi təsir göstərirdi. Buna görə də, rəsədxanaları getdikcə şəhərlərin kənarlarında, açıq səmalarda hündür yerlərdə tikməyə başlayırlar.

Eyni zamanda daha böyük teleskopların hazırlanmasının texnoloji cəhətdən mümkünlüyü və bununla daha zəif işıq kütləsinin tutulması daha uzaq məsafələrə baxmağa və müşahidə etməyə imkan yaratmışdır. Havada mövcud olan qeyri sakitliyin təsirini azaltmaq üçün hal-hazırda istifadə edilir. Bu teleskoplar həm də yerdən ölçülməsi mümkün olmayan spektrlərdə müşahidəyə şərait yaradırlar.

Tipik astronomik tədqiqatlar üçün yaradılmış peyklərdə enerji mənbəyi kimi günəş batareyalarından istifadə olunur, stabilləşmə peykin özünün dönməsi ilə və ya üçoxlu stabilləşmə yaradan piroskoplarla həyata keçirilir. Belə sistem fəzada istiqamətə görə yönəltməni idarə etməyə imkan verir. Peykin Yerlə əlaqəsi birbaşa radiorabitə vasitəsilə və ya geostasionar orbitdə yerləşən çevirici peyklə həyata keçirilir. Bəzi hallarda müşahidə peykləri orbitdə istiqaməti dəyişmək üçün zəruri olan raket mühərriki ilə təmin olunmuşlar. Müasir kosmik astronomik rəsədxanalarda obyektdən gələn şüalanmanı toplamaq və fokuslamaq üçün teleskop, spektral və ya fotometrik şəkildə alınan siqnalları rəqəmsal və ya təsvir formasında qeyd edən cihazlar yerləşdirilir. Bundan başqa, müasir orbital rəsədxana, əsas qəbuledici sistemi yönəldən və lazımi obyekt istiqamətində saxlaya bilən köməkçi teleskop sistemləri ilə də təmin olunmuşdur.

Astronomik peyklər əsasən iki rejimdə işləyir. Bunlardan birincisi, sistemaik olaraq səmanın müxtəlif oblastlarını qeyd etməklə göyün həmin hissələrində bütün obyektlərin xülasəsini yaratmaqdır. Belə müşahidələr əksər hallarda müəyyən tip obyektlərin axtarışını həyata keçirmək, və ya kompleks şəkildə ulduz topalarının, qalaktikaların xassələrini öyrənmək üçün çox vacibdir. Kosmik rəsədxana müşahidələrinin ikinci tip iş rejimi, seçilmiş müəyyən obyektlərin uzun bir müddət ərzində (bəzən bir neçə saat ərzində) ardıcıl şəkildə müşahidə olunmasından ibarətdir. Əvvəllər müşahidə obyektlərinin seçilməsini elə peyki yaradan kollektivlər həyata keçirirdi. 1970-ci ildən başlayaraq müşahidə proqramları peşəkar astronomlar tərəfindən tərtib olunur. Əksər peyklərin orbiti Yer səthindən bir neçə yüz km-dən, bir neçə on min km məsafədən keçir. Orbitin belə seçilməsinin əsas məqsədi Yeri əhatə edən güclü kosmik şüalanma qurşaqlarının intensiv oblastlarının təsirindən qaçmaqdır. Peykdə qurulmuş qəbuledici detektorlar kosmik şüalanma zərrəciklərinə çox həssas olduğundan peyk bu hissədən keçərkən həmin detektorlar söndürülür. Aşağı orbitlərdə hərəkət edən peyklər üçün əsas problem cənubi Atlantik anomaliya qurşağında Yer səthinə ən yaxın güclü kosmik şüalanmanın olmasıdır. Kosmik rəsədxananın orbitinin seçilməsində deyilənlərdən başqa daha bir neçə amili nəzərə almaq lazımdır. Aşağı orbitlərdə peyki idarə etmək daha çətindir, çünki Yer bəzən öz səthiylə müşahidə olunan obyektin qarşısını kəsir. Lakin yaxın məsafədən onu təmir etmək daha asandır. Peykləri yüksək orbitə çıxarmaq üçün isə daha güclü raket texnikası tələb olunur. Bununla yanaşı, uzaqda yerləşən peykləri təmir etmək çətindir və onları kosmik daşıyıcılarla Yerə qaytarmaq mümkün deyil.