주요기능은 천문학연구와 대민봉사로 대별할 수 있다.
연구활동으로는 행성·태양·항성·은하계·외부은하·우주 등에 관한 관측과 이론연구, 우주전파연구, 인공위성의 궤도와 천체역학연구, 천문기기 개발연구 등이 있었고, 대민업무로는 일력자료 발표, 역서편찬, 표준시의 결정, 음·양력 대조증명 발급과 천문지식의 홍보 등이 있었다.
1976년부터 매년 발간된 국립천문대 연구논문집에 수록된 연구결과들은 변광성·성간물질·태양관측·경위도관측·외부은하관측·천문기기개발 등에 관한 것이었다. 사용된 관측장비는 소백산천체관측소의 61㎝ 반사망원경과 20㎝ 굴절망원경이었다.
1985년에는 대덕연구단지 안에 지름 14m의 밀리미터파(㎜波) 관측용 전파망원경을 설치하기도 하였다. 1986년 3월 23일에 모든 업무와 기능이 대덕연구단지 안에 있는 한국전자통신연구소 부설 천문우주과학연구소로 이관되었다.