新館于2001年底在天文館原址上動工興建的，總建筑規模20000平方米，已于2004年的第四季度建成開放。主要的公共開放設施有：數字化宇宙劇場、3d動感天文演示劇場、4d動感影院、天文展廳、太陽觀測臺、大眾天文臺、天文教室等。宇宙劇場，容量200席座位。引進國外先進的數字化天文放映設備，它由大型圖形工作站和adlip激光投影設備組成，能生動形象地演繹壯麗的星空景象和人類探測太空的壯舉。3d和4d動感天文劇場，其容量分別為48席和196席座位。這兩個劇場的演示功能是對宇宙劇場功能的一種補充和延伸。它們以其強烈的動感、特殊的視聽合成效果為觀眾營造出很強的臨場感、震撼力氛圍。太陽展示廳，展覽面積300米，以展出太陽和太陽系內容為主。主要展項內容有從太陽真空望遠鏡觀測接收而來的1.8米太陽白光投影像;174毫米手描太陽黑子白光全日面投影像;艷麗多彩的太陽光譜投影像;太陽白光、太陽色球全日面和太陽局部活動區的ccd電視圖象等。以“快樂探尋宇宙奧秘為主題的新館二期展覽也于2006年7月6日正式對外開放，本次展覽分為15個展區，展示內容十分豐富。大眾天文臺，內置一臺口徑為40厘米的光學折反式天文望遠鏡。主要用于和滿足觀眾、青少年學生對天文觀測與教學實踐活動的需要。 隨著新館的建成開放，必將會極大地豐富北京天文館的開放展示內容和天文教學的手段，同時為進一步繁榮首都的科技文化市場，促進首都的兩個社會主義文明建設的發展和市民的科學文化素養的整體提高做出新的更大的貢獻。