Au bout de l'avenue qui porte son nom, posé sur le plateau de Montrouge à la limite du faubourg Saint-Jacques, l'Observatoire de Paris est l'un des plus anciens observatoires astronomiques en activité du monde. Louis XIV et son ministre Jean-Baptiste Colbert en commandent la construction en 1667 pour asseoir la gloire scientifique du royaume ; l'architecte Claude Perrault — le même que la colonnade du Louvre — dessine un édifice austère et géométrique, orienté rigoureusement selon les quatre points cardinaux, sans une seule pointe de fer pour ne pas perturber les instruments. Dès l'origine, il devient le siège de l'Académie des Sciences.

Les premières décennies sont celles des grandes découvertes. C'est ici qu'en 1676, l'astronome danois Ole Römer, travaillant sous la direction de Giovanni Domenico Cassini, déduit pour la première fois une valeur de la vitesse de la lumière en observant les éclipses des satellites de Jupiter — une révolution conceptuelle. La dynastie des Cassini règnera sur les lieux pendant plus d'un siècle, avant qu'François Arago et Pierre-Simon de Laplace n'y poursuivent la tradition.

La Révolution confie à l'Observatoire une mission politique autant que savante : en 1792, c'est sa méridienne qui sert de référence pour fixer le point de départ du calendrier républicain, calé sur l'équinoxe d'automne. En 1795, le Bureau des Longitudes y est créé et participe à la définition du système métrique. Plus sombre, le jardin de l'Observatoire fut le théâtre, durant la Semaine sanglante de 1871, d'un massacre de fédérés — déserteurs présumés et combattants étrangers de la Commune — exécutés sommairement entre les arbres.