Początkowo obraz był przechowywany w uniwersyteckim Collegium Maius w sali Obiedzińskiego, czyli w czytelni uniwersyteckiej biblioteki. W 1886 przeniesiono go do nowo oddanego gmachu Collegium Novum. Po wybuchu II wojny światowej został wyjęty z ram i ukryty na parterze. Niemcy po odnalezieniu dzieła, przewieźli je na Aleje Trzech Wieszczów do budynku Akademii Górniczej, gdzie zmagazynowali meble, obrazy i inne zabytki zrabowane z Uniwersytetu Jagiellońskigo. Po wojnie „Astronom Kopernik...” wrócił do Collegium Novum.
W 1952 przebywał na terenie ZSRR, gdzie od 17 maja do 16 czerwca został zaprezentowany w Akademii Sztuk Pięknych w Moskwie na wystawie „100 lat realizmu w sztuce polskiej”. Z wystawy wrócił z uszkodzeniami, ale zostały one naprawione.
Od 21 maja do 22 sierpnia 2021 obraz był wystawiany w National Gallery w Londynie. Na wystawie pokazano również szkice Matejki do obrazu ze zbiorów Muzeum Narodowego w Krakowie oraz kopię dzieła Mikołaja Kopernika De revolutionibus orbium coelestium.