We wczesnych latach pięćdziesiątych Polska Akademia Nauk postanowiła stworzyć silny ośrodek badawczy służący astronomom z całego kraju. W kwietniu 1953 roku powstał Zespół Budowy Centralnego Obserwatorium Astronomicznego (COA), którego zadaniem było przygotowanie projektu COA. W skład zespołu weszli najlepsi ówcześni astronomowie polscy: prof. prof. Wilhelmina Iwanowska, Stefan Piotrowski, Włodzimierz Zonn, a jego pracami kierował wybitny fizyk, prof. Stefan Pieńkowski. W końcu 1954 roku przedstawiono władzom wstępny projekt COA, a wkrótce potem rozpoczęto rozmowy z zakładami optycznymi Carla Zeissa w Jenie. Równolegle z pracami projektowymi prowadzono testy lokalizacyjne. Zakończono je w 1955 roku. Wytypowano kilka miejscowości położonych w promieniu kilkudziesięciu kilometrów od Warszawy.
16 października 1956 roku na bazie Zespołu Budowy COA, PAN utworzył nową placówkę naukowa - Zakład Astronomii PAN (ZA PAN). ZA PAN składał się początkowo z trzech pracowni: Astrofizyki I w Toruniu, Astrofizyki II w Warszawie oraz Astrometrii i Mechaniki Nieba w Poznaniu. Wszystkie pracownie były ściśle związane z obserwatoriami uniwersyteckimi w tych trzech miastach. Pierwszym dyrektorem ZA PAN zostal prof. Józef Witkowski z Poznania, specjalista w dziedzinie astrometrii.
Pod koniec 1956 roku na Walnym Zebraniu Polskiego Towarzystwa Astronomicznego (PTA) uchwalono rezolucję wzywająca nowo wybrany Sejm do przeznaczenia funduszy na budowę i wyposażenie COA. Rok później, w zakładach Zeissa w Jenie, zamówiono pierwszy instrument: 90/60 cm kamere Schmidta. Niestety, wkrótce po "odwilży październikowej", w końcu 1961 roku, wraz ze zmianą sytuacji politycznej, władze porzuciły plany utworzenia COA.
Dzieki staraniom PTA, i dotacji finansowej PAN i Ministerstwa Oświaty, 3 października 1962, w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Piwnicach pod Toruniem została oddana do użytku kamera Schmidta.
Projekt utworzenia COA wznowiono w 1965 roku, gdy dyrektorem ZA PAN został prof. Stefan Piotrowski. W dużej mierze dzięki jego staraniom, na początku 1967 roku PAN i Ministerstwo Oświaty otrzymały od rządu zlecenie przygotowania szczegółowych projektów budynków i wyposażenia Obserwatorium. Zgodnie z nimi głównym instrumentem COA miał być teleskop o średnicy zwierciadła 2 m. Dzięki staraniom prof. Wł. Zonna 23 lipca 1968 roku odpowiednie zamówienie złożono w firmie Zeiss. Otwarcie COA planowano na rok 1973. Miało być uczczeniem 500 rocznicy urodzin Mikołaja Kopernika. Na podstawie testów lokalizacyjnych z lat pięćdziesiątych, postanowiono wznieść Obserwatorium w pobliżu Belska, w ówczesnym powiecie grójeckim.
Plany rozwojowe COA przewidywały szybki rozwój instytucji. Miało w niej znaleźć zatrudnienie ok. 100 osób (w tym ok. 40 astronomów). Z nieznanych do dziś powodów po raz wtóry rząd, wycofał się z realizacji planów. Kontrakt z firmą Zeiss został jednostronnie zerwany przez PAN w 1970 roku, a fundusze na budowę i wyposażenie COA nigdy nie zostały przekazane.
W tym samym czasie, w obliczu kolejnych problemów związanych z tworzeniem COA, w polskim środowisku astronomicznym pojawiła się zupełnie nowa inicjatywa. 2 marca 1970 roku, na posiedzeniu Komitetu Astronomii PAN, dr Bohdan Paczyński i dr Józef I. Smak przedstawili projekt utworzenia instytutu, który prowadziłby badania teoretyczne w dziedzinie astrofizyki. Według ich propozycji, instytut miał być wyposażony w szybki komputer. Postulowano by instytut dysponował hotelem dla doktorantów, gości krajowych i zagranicznych oraz środkami na stypendia doktoranckie i stypendia badawcze. Cały projekt, w ogólnych zarysach odpowiadał strukturze istniejącego obecnie Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN.
Być może projekt instytutu teoretycznego podzieliłby losy projektu COA, gdyby nie to, że w tym samym czasie podobna inicjatywa narodziła się w USA. W 1970 roku amerykańska National Academy of Sciences (NAS) utworzyła specjalny komitet do spraw obchodów 500-lecia urodzin Kopernika. W 1971 roku komitet wysłał do Polski swego delegata, Dr. Charlesa R. O`Della z Yerkes Observatory. Po rozmowach dr. O`Della z przedstawicielami polskiego środowiska astronomicznego i władzami PAN, projekt instytutu uzyskał akceptację NAS. Okazało się też, że NAS jest w stanie poważnie dofinansować budowę nowego instytutu, nie wikłając się przy tym w problemy polityczne i prawno-administracyjne.
Na początku lat siedemdziesiątych Polska winna byla Amerykanom ok. 351 milionów dolarów. Były to tak zwane "złotówki zbożowe". Dług ten powstał w następstwie powojennych dostaw amerykańskich płodów rolnych do Polski. Powstała możliwość zamiany tego polskiego zadłużenia na inwestycję w budowę instytutu. Nie obciążało to bezpośrednio podatnika amerykańskiego, a zmniejszało jednocześnie dług Polski. Takie rozwiązanie było korzystne dla obu stron.
W maju 1972 roku profesorowie Philip Handler (Prezydent NAS) i Jan Kaczmarek (Sekretarz Naukowy PAN) podpisali w Warszawie umowę zobowiązującą NAS do pośredniczenia w uzyskaniu amerykanskich funduszy, zaś PAN do budowy instytutu. W dniu 2 października 1972 roku prof. J. Kaczmarek wystąpił do National Science Foundation o sfinansowanie budowy instytutu, który po raz pierwszy został oficjalnie nazwany Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika. Ustalono, że Centrum ma być zlokalizowane w Warszawie. 6 lutego 1973 roku zostało przyznane dofinansowanie w wysokości 30,7 mln złotych (oficjalna równowartość 1,6 miliona dolarów). Uroczyste wmurowanie kamienia węgielnego pod budowę Centrum miało miejsce 19 września 1973 roku, wkrótce po zakończeniu nadzwyczajnego zjazdu Międzynarodowej Unii Astronomicznej, zwołanego do Polski dla uczczenia 500-lecia urodzin Kopernika.
Fundusze potrzebne do zakupienia najważniejszego elementu wyposażenia Centrum, jakim miał być szybki komputer, postanowiono zebrać na uroczystej kolacji, której pomysłodawcami i organizatorami byli Dr. O`Dell i znany z podobnych inicjatyw przemysłowiec amerykański, Albert M. Baer. Impreza odbyła się w hotelu Waldorff Astoria i przyniosła ponad 130 tysięcy dolarów. Dr Bohdan Paczyński, który od 1 stycznia 1974 roku przejął obowiązki dyrektora, formalnie ciągle jeszcze istniejącego ZA PAN, rozpoczął negocjacje z firmami komputerowymi. Z kilku propozycji wybrano maszynę PDP 11/45. Uzgodniona konfiguracja obejmowała pamięć operacyjną o pojemności 48 tysięcy 16-bitowych słów, dwa napędy wymiennych dysków o pojemności 2.4 MB, stację taśm magnetycznych (9 ścieżek 800 bpi), dwie dziurkarki i czytnik kart perforowanych oraz drukarkę mozaikową. Niepozorna z dzisiejszej perspektywy, w owych czasach była to maszyna szybka i potężna. Komputer dotarł do Warszawy 10 października 1975 roku. W tym czasie trwała jeszcze budowa Centrum. PDP 11/45 został tymczasowo zainstalowany w budynku Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. 11 lutego 1976 roku ZA PAN zostal oficjalnie przemianowany na Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK PAN). Budynek Centrum oddano do użytku 24 maja 1978 r.
Zabiegając w Kongresie USA o zezwolenie na konwersję polskiego zadłużenia zbożowego, w liście (datowanym 27 marca 1972) do jednego z kongresmanów Dr. O`Dell napisał: "Jestem głęboko przekonany, iż Pana poparcie dla ustawy udostępniającej fundusze objęte "Programem rozwoju badań naukowych, edukacji i pokrewnej aktywności", z przeznaczeniem na budowę w Polsce międzynarodowego centrum astronomicznego, odpowiada wymogom chwili i przyczyni się do rozwoju nauki. Jest rzeczą niewątpliwą, iż polska astronomia stoi na bardzo wysokim poziomie. Polscy astronomowie należą do najlepszych na świecie i utworzenie centrum równałoby się utworzeniu wysokiej klasy ośrodka naukowego porównywalnego z Institute for Advanced Study w Princeton." Gdyby nawet uznać, że wyrażona opinia była nieco przesadzona, nie zmienia to faktu, że CAMK miał udany start. W maju 1979 Centrum otrzymało prawo do nadawania tytułu doktora. W 1979 roku Centrum odwiedziło 21 gości zagranicznych, a w 1980 roku już 43. Dwunastu doktorantów i adiunktów z różnych ośrodków astronomicznych w Polsce otrzymało stypendia i zakwaterowanie w hotelu instytutu. Komputer PDP umożliwił bardziej efektywną pracę; co miesiąc ukazywała się nowa publikacja naukowa, a w ciągu roku nadawano co najmniej jeden tytuł doktora.
Pod koniec lat 70-tych polska gospodarka przeżywała głęboki kryzys. Całkowite jej załamanie, w roku 1981, odbiło się bardzo niekorzystnie również na CAMK. Warunki ekonomiczne i niestabilność społeczna nie zachęcała gości zagranicznych do przyjazdów. Liczni polscy astronomowie przyjęli tymczasowe pozycje na Zachodzie. Gdy w końcu 1981 roku w Polsce ogłoszono stan wojenny, wielu z nich zdecydowało się na emigrację. Wsród nich znalazło się czterech z najlepszych uczonych z CAMK. Z jednej strony był to dla Centrum bardzo cieżki cios, z drugiej, ich działalność za granicą pomogła przetrwać instytutowi. Biblioteka zawdzieczała im utrzymanie prenumeraty wielu czasopism. Dzięki ich pomocy komputer PDP 11/45 zaopatrywany był w części zamienne i materiały eksploatacyjne. Wielu polskich doktorantów i adiunktów dzięki kontaktom z nimi zdobywało stypendia i pieniądze na pokrycie kosztów krótkoterminowych staży badawczych.
Lata 80-te były trudne. Niektórzy pracownicy CAMK zostali uwięzieni w odwecie za popieranie podziemnej "Solidarności", innym (na pewien czas nawet wszystkim pracownikom instytutu) ówczesny władze PAN odebrały prawo do podróży zagranicznych. Poczucie terroru i beznadziejności bylo tak silne, że prowadzenie badan naukowych (czy utrzymywanie jakiejkolwiek innej, twórczej i systematycznej aktywności umysłowej) stało się bardzo trudne. Mimo to życie naukowe CAMK nie wygasło. Przeciwnie, powoli ponownie nabierało rumieńców. W 1989 roku Polska stała się krajem demokratycznym. Wszystkie administracyjne zakazy i ograniczenia, utrudniające pracę naukową, zostały zniesione.
(Zob. list Jerzego Stodółkiewicza [wersja "cyfrowa"] z marca 1987r. do Bożeny Czerny, opisujący ówczesną sytuację)
Już w niecałe dwa lata później, został zreformowany system finansowania badań naukowych w Polsce. Nowy system zakładał preferowanie produktywnych naukowców i dobrych placówek badawczych. Nowoczesne stacje robocze można już było kupować zarówno z pieniędzy budżetowych instytutu jak i z grantów indywidualnych. Co ważniejsze, CAMK ponownie nawiązuje robocze kontakty z zagranicznymi naukowcami i studentami, którzy coraz częściej stają się goścmi placówki. W powiedzeniu, że instytut przekroczył czterdziestkę (16 października 1996) w zupełnie dobrej formie nie ma żadnej przesady.
1950 - powstaje idea utworzenia w Polsce silnego ośrodka astronomicznego.
1956 - utworzono Zakład Astronomii PAN (ZA PAN).
1962 - w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Piwnicach pod Toruniem oddano do użytku kamerę Schmidta.
1970 - powstaje projekt utworzenia instytutu, który prowadziłby badania teoretyczne w zakresie astrofizyki.
1972 - podpisanie umowy zobowiązującej PAN do budowy instytutu ze środków National Academy of Sciences.
1973 - wmurowanie kamienia węgielnego pod budowę Centrum Astronomicznego im. M. Kopernika PAN w Warszawie.
1975 - do Warszawy dociera komputer PDP 11/45, mający stanowić wyposażenie Centrum.
1979 - Centrum otrzymuje prawo nadawania tytułu doktora.
1996 - Instytut kończy "czterdziestkę".
Józef Witkowski, prof. dr hab.
(1892-1976), dyrektor w latach 1956-1965
Stefan Piotrowski, prof. dr
(1910-1985), dyrektor w latach 1965-1973
Bohdan Paczyński, doc. dr hab.
(1940-2007), dyrektor w latach 1974-1975
Józef I. Smak, prof. dr hab.
(1936-), dyrektor w latach 1975-1981
Jerzy Stodółkiewicz, doc. dr hab.
(1933-1988), dyrektor w latach 1981-1987
Wojciech Dziembowski, prof. dr hab.
(1940-), dyrektor w latach 1987-1992
Marek Demiański, prof. dr hab.
(1939-), dyrektor w latach 1992-1995
Józef I. Smak, prof. dr hab.
(1936-), dyrektor w latach 1995-1998
Marek Sarna, prof. dr hab.
(1955-), dyrektor w latach 1998-2014
Piotr Życki, prof. dr hab.
(1965-), dyrektor w latach 2014-2022
Rafał Moderski, prof. dr hab.
dyrektor od 2022r.