在北京西外大街南侧、老天文馆穹顶的后面，一座舒展简约、似玻璃盒样的建筑物拔地而起。这就是将科学与人文、知识与趣味、过去与未来融为一体的北京天文馆新馆。建筑师把新老馆巧妙完美地结合起来，构筑了今日北京城又一道靓丽的风景线。作为2001年北京市60个重点工程之一、市政府为市民办的60件实事之一的北京天文馆新馆扩建工程于2001年12月26日在原址破土动工，历时三载，2004年12月12日落成并对外试开放。新馆建筑规模2万多平方米，总投资3亿元人民币。新馆内建设有三个科普剧场、两个天文台及太阳科学展厅等。
北京天文馆新馆的落成标志着中国天文科普事业开始新的腾飞。回顾人类科技发展史，天文学为其他领域催生了不计其数的应用技术。而今天的北京天文馆新馆就是运用这些技术成果武装起来的全新科学殿堂。无论是数字宇宙剧场、太阳科学厅乃至新馆建筑本身，无一不凝聚着人类智慧，反映当前人类探索宇宙的最高水平。
北京天文馆新馆落成后，北京天文馆格局产生了新的变化，它由新馆、老馆和北京古观象台组成。老馆中传统的光学系统天象仪仍旧保留，它将继续以逼真的人造星空迷人的天象表演向世人揭示着宇宙的奥秘。
