L'Osservatorio di Cagliari, come tale, ha una storia piuttosto breve. Infatti nasce dalla cessazione dell'attività della Stazione Astronomica di Carloforte, fondata nel 1899 e dedicata alle osservazioni zenitali per il Servizio Internazionale di Latitudine.
L'attività che si svolgeva presso la sede di Carloforte era essenzialmente di tipo osservativo. Il personale era costituito da poche persone, in genere distaccate pro tempore da altri osservatori nazionali. Spesso fu questo periodo a coincidere con l'inizio della carriera per molti astronomi che poi diventeranno famosi altrove, tra cui Giuseppe Ciscato, Luigi Volta, Giuseppe Alessandro Favaro, Vittorio Fontana, Azeglio Bemporad, Guglielmo Righini, Andrea Vassallo.
Fu solo intorno al 1970 che il Prof. E. Proverbio, allora direttore di Carloforte, decise di fare sorgere in Sardegna una struttura più vasta e complessa, e si servì dell'appoggio dell'Università di Cagliari per realizzare la sede attuale dell'Osservatorio.
L'archivio raccoglie documentazione a partire dal 1899; nonostante non sia ancora stato riordinato di possono identificare alcune serie omogenee di documentazione.