紫金山天文台有4个研究部：暗物质和空间天文研究部、南极天文和射电天文研究部、应用天体力学和空间目标与碎片研究部、行星科学和深空探测研究部。每个研究部在其学科方向按照 “研究单元-实验室-观测基地”的三角结构加以布局，共有19个研究团组、实验室和基地单元，构建了从基础研究到技术研发到应用需求的完整的科技创新价值链。（具体见组织机构图）

暗物质和空间天文研究部：主要学科带头人包括1名院士（陆埮）、3位“杰青”（甘为群、常进、韦大明）、2位“百人”（季海生、范一中），另有研究员6人。该研究部包括以下研究单元：“暗物质和空间天文实验室”、“宇宙学、暗物质及高能天体物理研究”、“宇宙伽玛暴、中子星及相关物理研究”、“太阳高能及相关物理过程研究”、“太阳活动的多波段观测研究”等。

南极天文和射电天文研究部：在射电天文和恒星形成研究方向，主要学科带头人包括3位“杰青”（杨戟、高煜、史生才）+2位“百人”（郑宪忠、单文磊），另外有研究员4人。还有国家自然科学基金委创新群体“宇宙中的恒星形成与演化”以及中科院创新团队国际合作伙伴计划，2位海外杰青。研究单元包括：“星系中的恒星形成研究”、“分子云与恒星形成研究”、“毫米波和亚毫米波技术实验室”以及“青海观测站”等。

南极天文团队包括院士1名（熊大闰）、千人计划1名（王力帆）、杰青1名（冯珑珑）和海外杰青1名（李爱根）、百人计划2名（盘军、康熙）。

应用天体力学和空间目标与碎片研究部：主要学科带头人以赵长印（百人）、鲁春林（相关领域专家组成员）、吴连大研究员为核心，另外有研究员8人。包括“空间目标与碎片观测研究中心”、“卫星精密定轨及应用”以及“CCD相机研制实验室”等基本研究单元和中国科学院空间目标与碎片观测研究重点实验室。“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”（中科院非法人单元）挂靠这里。该学科领域在紫金山天文台有4个直属观测站(洪河、姚安、盱眙、德令哈），另有行政隶属国家天文台的3个观测站（乌鲁木齐、昆明、长春）。

行星科学与深空探测研究部：该领域以2位杰青（吴德金、徐伟彪）为带头人，另有5位研究员。包括“近地天体探测和太阳系天体研究”、“历算和天文参考系研究”、“太阳和太阳系等离子体研究”等研究单元以及“天体化学和行星科学实验室”和“盱眙近地天体观测基地”。

在科技支撑平台建设方面，紫金山天文台毫米波和亚毫米波技术实验室进入国际前沿，在中科院重点实验室评估中，《射电天文重点实验室》列天文口第1名；中科院空间目标与碎片观测重点实验室于2008年建成；建设了CCD技术实验室（台级实验室）；暗物质和空间天文实验室（台级实验室）支撑了暗物质和探月需求；新建了天体化学和行星科学实验室（台级实验室）。完善了中国科学院空间目标与碎片观测网建设，新研制2台大型光电设备；13.7米望远镜位于国际同类设备前列；盱眙天体力学观测基地和近地天体望远镜建成并开放使用，数据量在全球四百多个站中列第6，数据精度排名第1。