L’Observatoire astronomique de Padoue, qui se trouve toujours à l’intérieur de la Specola, est aujourd’hui l’une des principales structures de recherche de l’Institut national d’astrophysique. Il mène depuis plus de deux siècles des recherches de grande qualité et de niveau international. En 1994, il a ouvert à la ville son cœur le plus ancien, la tour, qu’il a transformée en musée de l’astronomie.
La haute tour a été érigée pendant le règne tyrannique d’Ezzelino III da Romano, qui en 1242 avait voulu un château doté de tours : la plus grande était celle où le tyran enfermait et torturait ses prisonniers. La Maison de Carrare, qui régna sur Padoue au XIVe siècle, a construit, dans un but défensif, une fortification sur les vestiges de l’ancien château et a enrichi l’édifice de splendides fresques. La Specola s’est ainsi retrouvée au centre de la vie culturelle, sociale et politique de la ville et a connu une période de grande splendeur.
Sous la domination de la Sérénissime, l’Observatoire astronomique a été érigé au sommet de la tour et la partie du château adjacente utilisée pour loger l’astronome. À la demande du Sénat de la République de Venise, l’abbé et professeur d’astronomie Giuseppe Toaldo a proposé d’utiliser la tour la plus haute du Castel Vecchio en tant qu’observatoire astronomique de l’Université de Padoue. C’est ainsi qu’en 1777, la tour est devenue Observatoire astronomique : la « specula astronomica » selon la formule latine.
La nouvelle Specola, l’une des plus belles d’Europe au XVIIIe siècle, a vu passer d’illustres personnalités, comme le poète et dramaturge Johann Wolfgang Goethe qui, en 1786, a décrit dans son carnet de voyage le splendide panorama qu’il a pu admirer du haut de la tour de l’Observatoire. Au cours du XIXe siècle, la Specola a été modernisée tant au niveau des instruments que de la structure. Une troisième coupole a été ajoutée et un nouveau pavillon a été construit sur le bastion adjacent pour abriter le réfracteur de Mertz.