Firenze vanta una lunga tradizione di studi astronomici documentati già dal Medioevo dal marmo solstiziale del Battistero di San Giovanni. Altre significative testimonianze si trovano nelle epoche successive: dal grande gnomone di Paolo Dal Pozzo Toscanelli nella Cupola di Santa Maria del Fiore al "planetario" tolemaico dipinto nella cupola della Sagrestia Vecchia della Basilica di San Lorenzo, dagli strumenti astronomici di Ignazio Danti a Santa Maria Novella alla grande sfera armillare di Antonio Santucci. Il primo osservatorio astronomico di Firenze fu fondato nel 1756 dal gesuita Leonardo Ximenes nel convento di San Giovannino, dove fu istituita anche una cattedra di astronomia, attiva fino alla metà dell'Ottocento. Fra il 1780 e il 1789 fu realizzato nel Museo di Fisica e Storia Naturale, per volere del Granduca Pietro Leopoldo, una "specola", rimasta praticamente inattiva fino al 1824, quando fu chiamato a dirigerla Jean-Louis Pons, già direttore del piccolo Osservatorio di Marlia, vicino a Lucca. Dal 1831 la direzione dell'osservatorio fiorentino passò a Giovan Battista Amici, noto anche per la sua attività di costruttore di microscopi e telescopi. Il trasferimento della Specola dalla torretta di Via Romana alla collina di Arcetri, luogo più favorevole all'osservazione astronomica e carico di memorie galileiane, fu realizzato da Giovan Battista Donati. Il nuovo Osservatorio fu inaugurato nel 1872.