Согласно одной старой истории, Бернардо О'Хиггинс, руководитель чилийской войны за независимость от Испании, будучи на смертном одре, написал письмо президенту Чили Мануэлю Бульнесу с просьбой продать его имущество и вложить вырученные деньги в строительство астрономической обсерватории на холме Санта-Лусия в центре Сантьяго.
И хотя этому нет никаких реальных подтверждений, вскоре после смерти О'Хиггинса лейтенант Джеймс Мелвилл Гиллисс во время своей экспедиции в Чили в 1849 году выбрал местом для строительства обсерватории вершину этого холма. Гиллисс отправился в Чили после открытия первой в США военно-морской обсерватории. По окончании строительства обсерватории Санта-Лусия Хилл в 1852 году Гиллисс вернулся в США, но в Чили он оставил персонал для работы в ней. Позднее он продал объект чилийскому правительству, и его переименовали в Национальную астрономическую обсерваторию Чили.
Благодаря многочисленным обширным территориям с небольшим или нулевым световым загрязнением, минимальным количеством осадков и примерно 200 безоблачными ночами в год Чили стала неофициальной астрономической столицей Земли. К 2020 году здесь будет размещено 70% мировой астрономической инфраструктуры. В Чили располагается множество профессиональных, любительских и международных астрономических учреждений, а также более 10 обсерваторий, включая обсерваторию Лас-Кампанас, в которой строится один из самых мощных телескопов в мире — Гигантский Магелланов телескоп.
В 1929 году управление Национальной астрономической обсерваторией перешло к Чилийскому университету. Несколько десятилетий спустя, в 1960-х годах, когда обсерватория была перенесена примерно на 16 км. к востоку в Серро-Калан, Советский Союз послал туда нескольких астрономов и телескопы, чтобы помочь обеспечить новое расположение. Они вернулись обратно после переворота 1973 года, когда СССР разорвал все дипломатические отношения с Чили.
В Национальной астрономической обсерватории Чили установлен ряд исключительных телескопов, включая микроволновый телескоп с диаметром зеркала 1,2 м., идентичный телескопу, расположенному в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики, США, и 457-миллиметровый рефлектор Кассегрена, полученный от правительства Японии. Хотя считалось, что обсерватория была закрыта в 1962 году после переезда в Серро-Калан, она работает уже более 160 лет.