Er is geen enkel, definitief antwoord op de vraag van het eerste hemelse observatorium. De vroegst bekende structuren gebouwd voor astronomische observatie waren waarschijnlijk behoorlijk rudimentair en hun exacte doel kan worden besproken. Hier is een uitsplitsing van enkele sterke kanshebbers:

1. Stonehenge (Engeland, c. 3000-2000 v.Chr.): Hoewel Stonehenge vooral bekend staat om zijn mysterieuze megalithische kringen, wordt er ook aangenomen dat het astronomische afstemming heeft gehad. De plaatsing van sommige stenen heeft mogelijk vroege Britten in staat gesteld om de zonnewende en equinoxen te volgen. De exacte functie van Stonehenge blijft echter gedebatteerd en of het echt een "observatorium" was, wordt betwist.

2. Nabta Playa (Egypte, c. 7000 v.Chr.): Deze site bevat een cirkelvormige opstelling van megalieten die mogelijk zijn gebruikt voor astronomische observaties, mogelijk inclusief de stijgende en onderneming van sterren en de beweging van de zon. De exacte functie en betekenis van deze stenen worden nog steeds bestudeerd.

3. Göbekli Tepe (Turkije, c. 9500 v.Chr.): Hoewel niet strikt een "observatorium" in de moderne zin, is Göbekli Tepe het oudste bekende megalithische tempelcomplex. Het bevat pilaren die zijn versierd met diergravures waarvan sommige onderzoekers suggereren dat ze sterrenbeelden kunnen vertegenwoordigen. Deze interpretatie wordt echter niet universeel geaccepteerd.

4. De Mesopotamische ziggurats (Mesopotamië, c. 3000 v.Chr.): Deze massieve stapte piramides dienden als tempels gewijd aan verschillende goden, maar ze werden ook gebruikt voor astronomische observatie. De priesters die op de Ziggurats woonden, maakten gedetailleerde gegevens over hemelse gebeurtenissen en legden de basis voor latere Babylonische astronomie.

5. De oude Egyptische piramides (Egypte, ca. 2500 v.Chr.): De grote piramide van Giza, hoewel voornamelijk een graf voor farao's, omvatte ook astronomische uitlijningen, zoals de positionering van de kamers in relatie tot de sterren. Dit suggereert een niveau van astronomisch bewustzijn in het oude Egypte.

Uiteindelijk dateert het "eerste" hemelse observatorium waarschijnlijk dateert van een bekende structuur en was waarschijnlijk een eenvoudige opstelling van staande stenen of markers die werden gebruikt om de zon of sterren te volgen. Het concept van toegewijde structuren voor astronomische observatie evolueerde in de loop van de tijd en werd steeds verfijnder in beschavingen zoals de Babyloniërs, Egyptenaren en Grieken.