През юни 1675 година английският крал Чарлз II (1630–1685) нарежда в източните покрайнини на Лондон, на хълма Гринуич, да се построи астрономическа обсерватория. Кралският указ е с дата 22 юни 1675 година.
През XVII век основният проблем за навигацията е да се определя географската дължина в открито море. По принцип, дължината може да се изчисли по разположението на Луната, затова през зимата на 1674 година Чарлз II създава Кралска комисия, която да разгледа възможностите за реализация на идеята.
Комисията обсъжда писмото на астронома Джон Фламстед, който посочва практическите трудности пред решаването на подобна задача. С помощта на кралския генерален инспектор по снабдяването Джонас Мур Чарлз II е уговорен да приеме идеята за изграждането на астрономическа обсерватория. Кралят назначава Фламстед на длъжността Кралски астроном, като му поверява ръководството на бъдещата обсерватория. Освен това му е поръчано да изготви специални таблици за движението на Луната и каталог с координатите на около 3 хиляди от най-ярките звезди.
Мястото за новата Кралска обсерватория в парка Гринуич е предложено от Кристофър Рен. По негов проект на 10 август 1675 тържествено е положен основният камък в градежа на Фламстед хаус, сградата, която впоследствие ще е основната в Гринуичката обсерватория. Градежът се извършва върху основите на по-стара кула, принадлежала някога на сър Хъмфри. Материалите за строежа отчасти са вторично употребени от останките на старата сграда. Общо строежът струва на Кралския щаб по снабдяването 520 лири, като превишава с 20 лири предварително одобрения от краля бюджет. Така Фламстед хаус става първото здание във Великобритания, проектирано и построено специално за решаването на научни задачи.
Обсерваторията винаги е играла важна роля в историята на астрономията. По време на Вашингтонската конференция през 1884 година международната астрономична общност постановява, че меридианът, преминаващ през Гринуичката обсерватория е нулевата отметка, от която се отчита географската дължина.
През ХХ век обсерваторията променя характера на работата си и основен приоритет става астрофизиката. Поради разрастването на Лондон и “замърсяването” от градското осветление, астрономичните наблюдения стават неефективни, затова през 1948 година оборудването на обсерваторията е пренесено в замъка Хърстмансо в графство Съсекс.
В началото на 70-те години на ХХ век става ясно, че в Англия изобщо е много сложно да се намери удобно място за астрономични наблюдения, и цялата работа по наблюденията е прехвърлена в Ла Палма на Канарските острови. През 1990 година администрацията на Гринуичката обсерватория е преместена в Кеймбридж.
В момента в сградата е превърната в музей на астрономичните и навигационни инструменти и е част от Националния морски музей.