L'origen de l'Observatori Fabra cal buscar-lo a l'any 1894, quan la Real Academia de Artes y Ciencias de Barcelona entregà a la Diputació de Barcelona un projecte dirigit pel reputat meteoròleg Eduard Fontserè i Riba, per a construir un observatori astronòmic, meteorològic i sísmic en el Tibidabo. La Diputació no ho va acceptar, però la llavor ja estava plantada.
El 1900, el marquès d'Alella, Camil Fabra i Fontanills, industrial i mecenas, va realitzar una important aportació econòmica (al voltant del 80% del pressupost) per a desencallar la situació i fer realitat el projecte. Una gran placa al peu de la muntura del gran telescopi ens recorda avui aquest fet.
El 1902 comencen les obres i Josep Comas i Solà rep l'encàrrec d'esmenar el projecte original i dirigir les obres. L'edifici és obra de l’arquitecte Domènech Estapà i la seva construcció va durar dos anys (1902-1904). Al 1904 Comas Solà fou nomenat el seu primer director.
A l'any 1912 l'Acadèmia de Ciències va proposar la direcció compartida de l'observatori, amb Comas Solà en la part astronòmica i E. Fontserè en la meteorològica.
Inaugurat el 7 d'abril de 1904, amb la presència del rei Alfons XIII i diverses autoritats, l'observatori ha estat des de llavors un referent per a Barcelona, en el seu perfil de Collserola i com a símbol científic per a la ciutat.
Situat a la vessant sud-est de la serra de Collserola, just una mica més avall del Tibidabo, domina tota la plana del Barcelonès, el delta del Llobregat i part del Maresme.