Структура наукових та науково-допоміжних підрозділів Головної астрономічної обсерваторії НАН України затверджена на 2010 рік:

• відділ астрометрiї (завідувач відділу - д.ф.-м.н. A. І. Яценко);

• відділ фiзики зiр та галактик (завідувач відділу - академік НАН України Ю. І. Ізотов), до складу відділу входить лабораторія фізики галактик з активним зореутворенням (завідувач лабораторії - академік НАН України Ю. І. Ізотов);

• відділ космiчної геодинаміки (завідувач відділу - академік НАН України Я. С. Яцків), до складу відділу входять лабораторії: "Український центр визначення параметрів обертання Землі" (УЦ ПОЗ) (завідувач лабораторії - академік НАН України Я. С. Яцків) і лабораторія лазерних спостережень (завідувач лабораторії - к.ф.-м.н. М. М. Медведський);

• відділ фiзики космiчної плазми (завідувач відділу - д.ф.-м.н. О. Н. Кришталь), у відділі є лабораторія космічних променів, яку очолює к.ф.-м.н. Б. О. Шахов;

• відділ фiзики тiл Сонячної системи (завідувач відділу - д.ф.-м.н. А. П. Відьмаченко), до складу відділу входить лабораторія оптики атмосфери (завідувач лабораторії - к.т.н. М. Г. Сосонкін);

• відділ фiзики Сонця (завідувач відділу - д.ф.-м.н. Н. Г. Щукіна);

• астрокосмiчний iнформацiйно-обчислювальний центр (АКIОЦ) (завідувач центру - д.ф.-м.н. П. П. Берцик), до складу АКІОЦ входить лабораторія астроінформатики (завідувач лабораторії - к.ф.-м.н. І. Б. Вавилова);

• лабораторія фізики комет (завідувач лабораторії - к.ф.-м.н. П. П. Корсун);

• лабораторія швидкоплинних процесів у зорях (завідувач лабораторії - к.ф.-м.н. Б. Ю. Жиляєв);

• лабораторія методологічного та інформаційного забезпечення освіти і науки астрономічної (МІЗОН-А) (завідувач лабораторії - І. П. Крячко).

Музей історії ГАО НАН України створено у 2004 р. до 60-річчя ГАО. У музеї висвітлено сторінки заснування і розвитку Обсерваторії, зберігаються перші телескопи. Окремі стенди присвячено видатним співробітникам. Науковий керівник музею - к.ф.-м.н. А. О. Корсунь.