Историята на катедра Астрономия датира от първите дни на съществуване на Висшето училище (първоначалното наименование на СУ “Св. Климент Охридски”). Само една година след основаването на Университета и едновременно със създаването на Физико-математическия факултет през 1889 г. в правилника за прилагане на Закона за Висшето училище се предвижда дисциплината „сферична тригонометрия с приложение в астрономията“. Само три години по-късно през втория семестър на учебната 1891–1892 г., във Физико-математическия факултет започва редовното и разширено преподаване на астрономия по три часа седмично.
Историята на катедра Астрономия започва с проф. Марин Бъчеваров (роден в Горна Оряховица през 1859 г. и завършил астрономия в Московския университет). Той започва да чете първия курс по астрономия през пролетта на 1892 г., когато създава катедрата по астрономия, а малко по-късно и обсерваторията към нея. Проф. Бъчеваров доставя и първия съвременен наблюдателен астрономически инструмент в България през 1897 г. – 6 инчов (15.2 см) рефрактор, а през 1910 г. основава и Астрономическия институт. Бил е два пъти Ректор на Университета. Бъчеваров работи в Катедрата до смъртта си през 1926 г. Лекциите на проф. Бъчеваров съдържат разделите – сферична астрономия, планети и небесна механика. През 1897 г. общият дотогава курс по астрономия е разделен на четири отделни курса – сферическа астрономия, практическа астрономия, небесна механика и астрофизика. През 1904 г. те са обединени в два – по сферическа и практическа астрономия и по теоретична астрономия. Бъчеваров е основател и на първата метеорологична станция в София, с което поставя началото на метеорологичната служба в България на 1. II. 1887 г. Освен това е и автор на първата публикация по климатология в България.
От 1.IX.1901 г. до 1.I.1904 г. в Катедрата работи първият асистент по астрономия. Това е бъдещият редовен професор по геодезия и културна техника в Агрономо-лесовъдския факултет Йордан Ковачев (роден през 1875 г. в Кюстендил). Творчеството му е изключително плодотворно и включва над 150 работи в областта на астрономията и геодезията, повечето от които са научно-популярни статии и книги. Той е първият български популяризатор на астрономията и автор на първия университетски учебник по астрономия – “Астрономическа география” (1932 г.).
От септември 1904 г. до 1914 г. асистент в Катедрата е шуменецът акад. Кирил Попов (1880 – 1966), световно известен математик и небесен механик. Неговата диплома е първата издадена от младия Софийски университет, която е призната за равностойна на френските университетски дипломи. Той е първият български доктор по астрономия (доктор по небесна механика на Сорбоната, 1912 г.). Попов е автор на първата съвременна научна публикация с оригинален принос по астрономия, написана на български и отпечатана в България, и на общо над 10 труда в областта на небесната механика. Активността на Кирил Попов още като студент се е сътояла в ежедневни наблюдения на Слънцето (“систематично наблюдение и зарегистриране на броя, големината и положението на слънчевите петна”) в продължение на 4 години и в организирането на първия студентски астрономически клуб в България, чийто наследник е и досега действащият към обсерваторията студентски кръжок.
По време на университетската криза в периода от 11. VI. 1907 г. до 31. I. 1908 г. по линия на “алтернативния университет” за извънреден професор по астрономия е назначен дотогавашният асистент по математика Никола Стоянов, роден през 1874 г. в Дойран, Македония. Два пъти той е назначаван за редовен доцент по астрономия – през 1920 г. и 1926 г., но не е заемал длъжността поради високите постове, които тогава е заемал в българската банкова система и поради отказа на Министерството на финансите да го освободи. Той е автор на първия съвременен астрономичен труд, написан от българин и отпечатан в чужбина (Тулуза, Франция).
От 20. IX. 1924 г. до деня на преждевременната си смърт – 18. V. 1927 г., в катедра Астрономия е асистент Венцеслав Черноколев, роден през 1896 г. в Кюстендил, завършил в Париж през октомври 1923 г. Автор е на редица популярни статии в областта на астрономията. Преди смъртта си той завещава 25 000 лв. за създаване на дарителски фонд, подкрепящ най-добрите достижения в областта на астрономията. Предназначението на фонда е на всеки три години от лихвите му да се дава премия на най-добрите отпечатани трудове по астрономия и геодезия (по това време катедрата официално се е наричала – Катедра по астрономия и геодезия). Този фонд е действал до края на 40-те години и си остава първият и единствен в историята на България, посветен на астрономията.
В годините около смъртта на проф. Бъчеваров за катедрата по Астрономия отговаря метеорологът проф. Русчо Райнов. От 29. VI. 1927 г. в Катедрата е назначен за асистент роденият през 1894 г. в Струга, Македония, Димитър Дудулов – автор на повече от 10 научни труда в областта на астрономията. Той пръв определя географската ширина на Обсерваторията.
От 1. XII. 1928 г. като редовен доцент Катедрата поема от възпитаникът на акад. Кирил Попов и бъдещ академик – Никола Бонев, роден на 11.VII.1898 г. в Стара Загора. Акад. Бонев повече от 40 години е начело на българската астрономия. Освен че се грижи за Катедрата, през 1952 г. основава сегашния Институт по астрономия при БАН и 15 години по-късно издейства създаването на най-модерната в нашата страна Национална астрономическа обсерватория в Рожен. През 1957 г. акад. Бонев учредява Българското астронавтическо дружество. Лекциите на Бонев по “Сферична астрономия” са отпечатани през 1940 г. Освен с астрономия, той се занимава и с геодезия. Бонев въвежда курс по “геодезия” през 1931 г. и “висша геодезия” от 1940/1 г.
Разум Андрейчин (1911 – 1997) е асистент в Катедрата в периода 1941 – 1946 г. автор е на 4 труда в областта на астрономията. Той извършва първите фотоелектрични наблюдения в България (1943 – 1945). Заедно с акад. Наджаков открива фотоволтаичния ефект.
През 1945 г. в Катедрата като асистент започва работа първата жена – доктор по Астрономия у нас – проф. Малина Попова.
През 1946 г. като асистент в Катедрата е назначен Ангел Бонов (1919 – 1985). През 1962 г. става научен сътрудник, а от 1971 г. е доцент. Автор е на над 60 научни труда по астрономия. Откривател на 176-годишния цикъл в слънчевата активност.
Промените в преподаването на астрономията са свързани с името на проф. Никола Николов, ръководител на катедра Астрономия от 1966 до 1989 г. Той чете първите модерни курсове по астрономия. През 1966 год. се създава специализация „Астрономия“ при Физическия факултет на СУ „Св. Кл. Охридски“. През нея преминават обучението си почти всички професионални астрономи в България.
След 1989 г. ръководители на катедрата са доц. д-р Петър Кънчев, проф. дфн Георги Иванов и доц. д-р Валери Голев и доц. д-р Петко Недялков.
През годините в програмата по астрономия навлизат различни актуални курсове – променливи звезди, извънгалактична астрономия, наблюдателни методи, звездни атмосфери, активни галактични ядра, космология, различни практикуми и др.
От края на 19-ти век до днес са завършили около 300 астрономи в Университета. Първият българин, чиято диплома от младия Софийски университет е призната за равностойна на френските университетски дипломи, е проф. Кирил Попов. Негов е и първият публикуван в България научен труд по астрономия. Д-р Малина Малчева Попова е първата жена доктор по астрономия. През 1945 г. тя е асистент в Обсерваторията в София. Много от завършилите астрономия в Университета специалисти днес работят в престижни астрономически институции и обсерватории: НАСА, Харвард, VLT (Чили), Лоуелската обсерватория (Аризона), обсерваторията в Торун, в Атина, университетите в Мексико, Лондон и др.