La sede storica dell'Osservatorio Vesuviano è un elegante edificio realizzato in severo ordine neodorico, su progetto dell'architetto Gaetano Fazzini (1806-1878); i lavori di costruzione impegnarono le maestranze dal 1841 fino al 1848, anno in cui venne consegnata definitivamente la sede al direttore Macedonio Melloni, anche se l'inaugurazione dell'Osservatorio Vesuviano era già avvenuta nel 1845, in occasione del VII Congresso degli Scienziati a Napoli.Ubicata sul Colle del Salvatore, a 608 m s.l.m. è raggiungibile, con una breve deviazione, dalla strada che conduce al cratere del Vesuvio da Ercolano. La palazzina si erge su tre piani. La facciata volge a mezzogiorno e sfrutta due livelli con ingressi autonomi e corrispondenti in verticale, dei quali quello al piano nobile diventa il vero ingresso monumentale, con un pronao delimitato da un colonnato, al quale si accede tramite una scala in pietrarsa raccordata a due rampe laterali. Sulla facciata principale, due dischi in marmo portano incise le scale di una meridiana e i mesi di un calendario. Al centro, una lapide rettangolare ricorda la fondazione dell'Osservatorio per volontà del re Ferdinando II.
Ampie e panoramiche terrazze, destinate anche alle osservazioni esterne, sono ricavate sia al primo, sia al secondo piano. Al primo piano, un'elegante sala a pianta ottagonale, perciò detta Sala Ottagona, era destinata a ospitare il busto in marmo di Ferdinando II, realizzato per l'occasione da Tito Angelini (1804-1878).
Al secondo piano dell'edificio storico dell'Osservatorio Vesuviano si trova la Gran Sala - oggi Salone Palmieri - ornata con sei edicole inquadrate da lesene con capitelli e timpani decorati con cornici e iscrizioni in gesso.
Le decorazioni del soffitto furono affidate a Gennaro Maldarelli (1795-1858). Dei nove dipinti originari, solo i cinque centrali sono giunti fino a noi, fortunatamente recuperati dopo un delicato intervento di restauro.
Ampie e panoramiche terrazze, destinate anche alle osservazioni esterne, sono ricavate sia al primo, sia al secondo piano. Al primo piano, un'elegante sala a pianta ottagonale, perciò detta Sala Ottagona, era destinata a ospitare il busto in marmo di Ferdinando II, realizzato per l'occasione da Tito Angelini (1804-1878).