zburzono trzy ściany w części zachodniej oraz dodano pawilony pod wcześniej zaprojektowanymi kopułami obserwacyjnymi. Budowę zakończono 25 listopada 1824. Budynek został odwiedzony przez cesarza Aleksandra I i ministra Stanisława Grabowskiego w dniu 8 czerwca 1825, a 18 sierpnia tego roku został oficjalnie otwarty.
W połowie XIX wieku w budynku uruchomiono pierwszy w Warszawie zegar elektryczny (wystawiony dla publiczności w oknie na parterze), a także wahadło Foucaulta. Kopuła wschodnia była używana jako punkt referencyjny sieci triangulacyjnej Warszawy i Królestwa Polskiego począwszy od połowy XIX w.
W latach 1870–1871 budynek przebudowano pod kierownictwem Bolesława Podczaszyńskiego. Dyrektorem obserwatorium był w tym czasie Iwan Wostokow, choć same plany przebudowy przygotował jeszcze poprzedni dyrektor – Jan Baranowski. Zmiany dotyczyły głównie sali południkowej (znajdującej się w centralnej części drugiego pietra) i kopuły zachodniej. Rozebrano murowane ściany sali południkowej i zastąpiono je niższymi drewnianymi (dzięki czemu temperatura wewnątrz mogła szybciej zrównać się z tą na zewnątrz). Płaski dach tej sali zastąpiono dwuspadowym.