Обсерваторія займає провідне становище в україні за багатьма напрямками астрономії та астрофізики, а саме:
Дослідження обертання Землі та побудови координатних систем у космічному просторі.
Фізика фотосфері Сонця та тіл Сонячної системи.
Формування та еволюція зір і галактик тощо.
З 1991 року Обсерваторія координує діяльність установ України з проблеми координатно-часового забезпечення, бере участь у виконанні Державної космічної програми України та Державної екологічної програми.
У Головній астрономічній обсерваторії працює вісім наукових відділів, у складі яких знаходиться вісім наукових лабораторій.
Зусиллями кiлькох поколiнь астрономiв ГАО перетворилась у вiдому наукову установу, яка має висококвалiфiкованi кадри (один академiк, два члени-кореспонденти, 17 докторiв, 54 кандидати наук) та займає провiдне мiсце у рядi галузей астрономiї. Обсерваторiя має тiснi науковi зв\'язки з багатьма астрономiчними закладами України та свiту. Вона була ініціатором і учасником міжнародних програм і проектів, зокрема створення каталогу слабких зір та фотографічного огляду неба, спостереження комети Галлея, визначення варіацій глобальних характеристик Сонця, а також брала участь у підготовці та здійсненні космічних проектів «ВЕГА», «ФОБОС», «КОРОНАС» та інших.
Досягнення співробітників Обсерваторії неодноразово відмічено Державними преміями і медалями СРСР та України у галузі науки і техніки, преміями НАН України, Кабінету Міністрів та Верховної Ради України, міжнародними преміями, серед яких «Фундація доктора Дем\'яніва. За мир і свободу України» та ім. Рене Декарта, орденами «За заслуги» та медалями.
У 2004 р. у зв’язку з 60-річчям від дня заснування ГАО НАН України нагороджена Почесною грамотою Кабінету Міністрів України, а мала планета № 15675 отримала назву «Голосєєво» на її честь.
Одна з найстаріших університетських обсерваторій в Україні існує з 1845 року. В обсерваторії працювали в різні часи такі видатні вчені, як В. Федоров (перший директор), М. Хандриков, І. Путилін, А. Яковкін, Д. Пясковський, С. Всехсвятський, О. Богородський та ін. Співробітниками обсерваторії відкрито дві комети (Чурюмова-Герасименко, 1969 р. та Чурюмова — Солодовнікова, 1986 р.), відкрито та досліджено близько 600 нових карликових галактик, визначено параметри негабблівських великомасштабних рухів галактик, досліджено вплив гравітаційного лінзування на спостережні характеристики космічних об’єктів, створено серію каталогів положень зір та позагалактичних радіоджерел, розроблено теорію світіння протуберанців, виявлено роль корональних дір у генеруванні сонячного вітру, розроблено узагальнену теорію метеорного явища, обгрунтовано наукову концепцію астероїдно-метеорної небезпеки.