天文觀測館為全台首座望遠鏡主題博物館，1樓除了可以看到極具代表性的天文望遠鏡外，更有太空望遠鏡及國際太空站等展示。2樓圓頂觀測室設置了直徑76公分的天文望遠鏡，為全台灣平地最大望遠鏡；此外，平頂觀測室另有BRC250望遠鏡及Meade-14望遠鏡，白天可觀測太陽黑子，週六開放至9點進行夜間望遠鏡觀測體驗，天氣良好時，更可在滿天星斗下進行星空導覽，光害低、觀星條件佳，是全臺灣唯一可以直接進行夜間星空導覽解說的天文館。
天文展示館配合地勢及自然條件設計，以「月亮」為象徵意象。展示空間著重知識傳遞與教育目的，採用高科技虛擬實境的展示手法，提供民眾體驗導向的展項設計，營造一處具科技、幻想的異質場境，透過生動、活潑而豐富的天文主題，啟發民眾對天文科學的喜愛。天文展示館從地球生命起源出發，前往太陽系及瞭解天文史發展，探索宇宙奧妙並尋找外星人的蹤跡，廣大的天文知識等著您的發掘!
星象館擁有全天域3D星象劇場—星象劇場採用目前全世界最新技術「全天域3D成像」數位星象儀，是國內首創數位球幕3D立體劇場，在球型螢幕全景環繞下呈現3D虛擬實境星空，透過專業導覽介紹，讓民眾跳脫時空限制，感受宇宙星空的震撼，啟發學習天文科學的興趣。特展區的「奔月歷險-太空動物互動特展」則以2019年人類登陸月球50週年為主題，為感謝在人類前往太空前，許多為太空事業貢獻的動物先驅，以童趣風格的太空動物為主角，結合互動式設施及多媒體展項，一起從各面向來探索太空，太空動物的一小步成就人類探索宇宙的一大步。
