หอดูดาวแห่งชาติ มีอาคารปฏิบัติงานแบ่งเป็นสองส่วน คือ อาคารหอดูดาว และอาคารควบคุม

อาคารหอดูดาว

เป็นอาคารทรงกระบอกสูง 19 เมตร ฝังรากฐานลึก 21 เมตร เพื่อให้โครงสร้างแข็งแรง ผนังอาคารเป็นวงแหวน (Ring Wall) ส่วนบนติดตั้งโดม (Dome) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 9 เมตร สูง 5.5 เมตร ความสูงรวมทั้งหมดประมาณ 19 เมตร สามารถหมุนได้ 360 องศา และมีช่องเปิด-ปิด (Shutter) กว้าง 3 เมตร[2] เพื่อช่วยกันลมที่อาจทำให้กล้องสั่นไหว ภายในโดมติดตั้งกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 2.4 เมตร[2] พร้อมระบบควบคุมอัตโนมัติ โดมหอดูดาวฯ ออกแบบโดยบริษัท EOS Space Systems PTY. Ltd. ประเทศออสเตรเลีย กล้องโทรทรรศน์ตั้งอยู่บนฐาน (Pier) แยกกับฐานของอาคาร ตัวโดมและภายในอาคารสามารถหมุนได้สอดคล้องกับการเคลื่อนที่กวาดพิกัดของกล้องโทรทรรศน์ (Co-rotating Dome) นับว่าเป็นหอดูดาวที่มีกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่และทันสมัยที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และเป็นหอดูดาวเพียงไม่กี่แห่งในโลกที่ตั้งอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร สามารถสังเกตการณ์ท้องฟ้าได้ทั้งซีกฟ้าเหนือและซีกฟ้าใต้

อาคารควบคุม

เป็นอาคาร 2 ชั้น ใช้เป็นสถานที่ปฏิบัติงานของนักดาราศาสตร์และเจ้าหน้าที่ควบคุมการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ฯ พื้นที่ชั้น 1 ประกอบด้วยห้องเก็บเครื่องมือและวัสดุอุปกรณ์ และห้องพักนักดาราศาสตร์ พื้นที่ชั้น 2 ประกอบด้วยห้องควบคุมการทำงานของกล้องโทรทรรศน์หลัก และพื้นที่จัดแสดงนิทรรศการ ส่วนดาดฟ้าของอาคารควบคุมจะติดตั้งกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เมตร อีกกล้องหนึ่งด้วย อาคารหอดูดาวและอาคารควบคุมเชื่อมต่อกันจากชั้นดาดฟ้าของอาคารควบคุมเข้าสู่อาคารหอดูดาว

ด้วยความทันสมัย และมีทัศนวิสัยท้องฟ้าที่ดี ทำให้หอดูดาวแห่งนี้ได้รับความสนใจ มีนักดาราศาสตร์และนักวิจัยจากทั่วโลกจำนวนมาก เข้ามาเก็บข้อมูลศึกษาวิจัยดาราศาสตร์  แม้ว่าหอดูดาวแห่งชาตินี้ จะมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อการศึกษาวิจัยดาราศาสตร์ แต่ NARIT ยังเปิดโอกาสให้ประชาชนทั่วไปได้เข้าเยี่ยมชม ในกิจกรรมเปิดบ้านหอดูดาวแห่งชาติที่จัดขึ้นเป็นประจำทุกปี

จากการมีหอดูดาวระดับมาตรฐานโลกในประเทศไทยแห่งนี้ ทำให้การศึกษาและวิจัยดาราศาสตร์ของไทยได้รับการพัฒนาและได้รับการยอมรับในระดับสากลขึ้นอย่างมาก