L’Observatoire de Paris est un Grand Établissement dont les missions et le fonctionnement sont définis par le décret n° 85-715 du 10 juillet 1985.

Il est dirigé par une présidente élue pour cinq ans, et administré par un conseil d’administration. La présidente et le conseil d’administration sont assistés d’un conseil scientifique.

Son Haut Comité Scientifique (HCS), composé de personnalités indépendantes, conseille l’établissement sur ses activités et son organisation scientifique.

L’Observatoire de Paris - PSL s’organise autour de trois départements scientifiques, trois services scientifiques, et des services communs. L’établissement est également tutelle secondaire de quatre laboratoires extérieurs et est membre de trois fédérations de recherche.