האגודה הישראלית לאסטרונומיה נוסדה כאגודת חובבים ב-28 למאי שנת 1951 ע"י קבוצת חובבי אסטרונומיה שעלו מגרמניה וצ'כיה, ביניהם ד"ר היילברונר ודר' זיצ"יק. דר' זייצ'ק שימש כיו"ר האגודה הראשון והמשיך בפועלו זה במשך שנים רבות עד פרישתו מטעמי בריאות.
ההחלטה להפוך את האגודה לארצית נתקבלה ב-1953, בלשכת נשיא המדינה ובחסות ראש הממשלה דאז, דוד בן גוריון, במטרה לקדם את ידע האסטרונומיה ומדעים נלווים במדינת ישראל המתגבשת.בשנת 1953 הכשירה האגודה מצפה כוכבים בשכונת טלביה שבירושלים ופנתה להקמת סניפים בכל רחבי הארץ - ת"א, רמת גן, חיפה והגליל. סניפים אלה אינם פעילים עוד וסניפים אחרים מוקמים במקומם. כל פעילויות החברים נעשו ונעשות עד היום בהתנדבות מלאה.
לאגודה הוקצה אז שטח אדמה בגבעת רם בירושלים ע"י מנהל מקרקעי ישראל, במתחם שיועד אחר כך לפיתוח האוניברסיטה העברית. במתחם הנ"ל נבנה בשנת 1956 פלנטריום לשימושה הבלעדי של האגודה בעזרת תרומה של משפחת ויליאמס, ממנהלות בנק פלשתינה (לימים בנק לאומי).
עקב האטה זמנית בפעילות האגודה ומעבר מרכז הכובד של הפעילות לגבעתיים, השתלטה האוניברסיטה העברית בשנת 1986 על מבנה הפלנטריום שנמצא כבר באותה שעה בתוך שטח האוניברסיטה המתרחבת. ההשתלטות כללה גם את הטלסקופ של אלברט אינשטיין שהועבר לאגודה ב-1962 מבית הספר "בן שמן". האוניברסיטה הפכה את רוב מבנה הפלנטריום לשטח משרדים, דבר שהביא את האגודה הישראלית לאסטרונומיה ואת משפחת התורם, מר ויליאמס, להגיש שתי תביעות משפטיות נגד האוניברסיטה העברית (8514/90, 1574/98) להחזרת הפלנטריום לניהול האגודה ולפעילות אסטרונומית. למרבה הצער, נפסק כי למרות ההשתלטות הכוחנית של האוניברסיטה יישאר המצפה כרכושה. כיום לאגודה אין משאבים להמשך המערכה והמצפה בגבעת רם משמש לא למטרה שלשמה נתרם.
בשנת 1967, לאחר מלחמת ששת הימים, חנכה האגודה מצפה כוכבים בגוש דן. גבעתיים נבחרה כמקום מועדף בגלל גובהו של המקום שהוקצה למצפה מעל פני הים ומרחקו מלחות הים. המצפה הוקם בכספי העירייה, האגודה ותרומות מחו"ל, שגייס מנהל המצפה דאז, אינג' יוסף פוקס.
יושבי הראש של האגודה שימשו לפעמים גם כמנהלי המצפה, ביניהם: חיים לוי, ד"ר נוח ברוש, אילן מנוליס ויגאל פת-אל, המשמש יושב ראש האגודה ומנהל המצפה זה קרוב ל-20 שנה.
פעילות האגודה התמקדה ומתמקדת בהפצת האסטרונומיה בקרב הציבור הרחב בישראל. מטרה זו מושגת באמצעות אירגון כינוסים, קורסים, הרצאות ותצפיות לקהל הרחב, וכן בהוצאת החוברת "אסטרונומיה (בעבר "כל כוכבי אור")". חוברת זו היא היחידה מסוגה בעברית מאז ועד היום.
במצפה שבגבעתיים פועל הטלסקופ השני בגודלו בארץ (הטלסקופ הגדול ביותר הוא של אוניברסיטת ת"א ונמצא במצפה וויז שליד מכתש רמון).
בשנת 1995 הגיע מצפה הכוכבים גבעתיים לשיא עולמי בתצפיות בכוכבים משתנים בהובלת מר עופר גבזו ממדריכי המצפה. שיא זה הוכר ע"י האגודה העולמית לתצפיות בכוכבים משתנים AAVSO.
מאז ומתמיד, שימשו האגודה הישראלית לאסטרונומיה בשיתוף פעולה עם המצפה בגבעתיים להכשרת הון אנושי לעתיד מדע האסטרונומיה ומדעים קרובים בארץ.
כנראה שעוד הרבה יישמע מאותה אגודה שהתחילה פעם מקומץ חובבי אסטרונומיה והפכה למה שהיא היום.
