本馆隶属于台北市政府教育局，为本府二级机关，置馆长、秘书各1人，下设4组4室，预算员额84人，组织架构图如下：

馆本部（4人）：包含馆长、秘书及2位副研究员共4人。

本馆各单位职掌（预算员额数）如下：

研究组（7人）：负责天文观测、记录、研究、统计、登录、图书管理、出版、国际连系及资料交换等事项。

推广组（7人）：负责天文教育规划、辅导、推广、天文研习、学校天文教育及天文观测室之开放等事项。

展示组（29人）：负责本馆展示主题之规划与设计制作、展示设施之维护管理及天文营队活动之办理等事项。

视听组（11人）：负责全天域与立体剧场电影放映、天文节目制作、星象解说与仪器操作及维护等事项。

秘书室（21人）：负责文书、档案、出纳、总务、财产之管理，研考及不属于其他各单位事项。