Demandée par de nombreux savants depuis le XVIIIe siècle,  la création de l’observatoire du Pic du Midi est le fruit de la détermination de deux hommes : le général Nansouty et l’ingénieur Vaussenat.
La construction de l’observatoire commence en 1875, à 2870 m d’altitude, sur le Pic du Midi de Bagnière-de-Bigorre dans la chaîne des Pyrénées.  Rudimentaire, le batiment de 8 m sur 20 comporte deux étages. Il est cédé à l’Etat dès 1881 contre l’attribution annuelle d’un budget relativement important.

Les observations météorologiques sont les premières activités à y être développées mais la situation particulière de la station lui confère des propriétés exceptionnelles en matière d’observation astronomique : Trépied et Thollon, astronomes pionniers du Pic du Midi découvrent des images spectaculaires du spectre solaire, et soulignent l’importance de ce lieu pour les observations astronomiques.
Faute de matériel, l’observation du passage de Vénus devant le disque solaire de 1882 est un échec. La communauté scientifique alerte l’Etat sur l’importance d’un équipement fixe : deux ans plus tard, un décret fixe l’installation d’un équatorial de 8 pouces de diamètre (216mm).

Nommé à la direction de l’observatoire en 1892, l’ancien astronome Émile Marchand tente de développer l’activité astronomique et dote la station d’un spectrohéliographe mais l’instrument ne sera que très peu employé faute de personnel qualifié en astronomie.

Dès 1904, Benjamin Baillaud, directeur de l’observatoire de Toulouse, envisage « Le Pic » comme une succursale de son établissement et entreprend un véritable aménagement de la station : construction d'une première coupole, équipée d’une lunette astronomique de 23cm de diamètre et d’un télescope de Foucault de 30cm, construction d’un grand équatorial de six mètres de long, etc.
L’observatoire s’impose alors comme un lieu privilégié pour l’étude du Soleil et des planétes du système solaire et connaît son heure de gloire entre 1930 et 1960.

Dans l’ensemble, l’équipement scientifique se fait progressivement grâce aux contributions laissées par les astronomes venus y travailler.
Celle de Bernard Lyot est particulièrement importante.

En 1930, il installe l’instrument de son invention pour l’observation de la couronne solaire sans éclipse, le coronographe, sous la coupole Baillaud, et hisse par la même occasion l’observatoire au premier rang de l’astrophysique solaire. En 1941, il installe une lunette de 38cm de diamètre.  Cette lunette est remplacée peu de temps après par une puissante lunette coudée de 60cm de diamètre spécialement conçue pour l’observation des planètes.

Au milieu des années 60, le directeur Jean Rösch installe un télescope de 1m de diamètre, puis en 1980 un télescope de 2m de diamètre.

A la pointe en matière d’observation astronomique durant trois décennies, le « Pic » sera rattrapé par le développement de l’astronomie spatiale dans les années soixante-dix.
Avec la découverte de nouveaux sites d’observation dans des environnements plus purs, l’activité du Pic du midi a trait désormais à l’étude de la surface solaire.