北京古观象台院内陈放的中国古代天文仪器主要有：明代原大铜制浑仪（复制品）、元代1：3铜制简仪（复制品）、元代原大铜制正方案（复制品）。后院陈放有日晷和圭表等古代计时仪器。

　　时间历法：

　　北京古观象台《中国古代天文学成就展》之《时间历法》部分主要介绍了中国时间历法的形成发展过程和主要研究成果。中国古代的历法较为特殊，大多为阴阳合历，从古六历到清时宪历，共102种。其中仅有2部纯阳历，前后经历了五次较为重大的历法改革。展览运用文字和图片说明手段介绍了中国不同朝代的历法概况。同时，展出了中国古代使用的一些时间量具，如日晷、圭表等。同时，亦有数架移自上海徐家汇天文台和南京紫金山天文台的近代天文摆钟原件。

　　天象记事：

　　北京古观象台《中国古代天文学成就展》之《天象记事》部分主要介绍了中国古代天文学的一些主要历史事件和观测成就。例如：公元前5000年的“仰韶文化”大汶口出土的彩陶天文图案、公元8世纪的敦煌星图、以及中国传统的三垣二十八宿天区划分等。同时，展览还介绍了中国古代的一些天文研究成果：如对太阳黑子、哈雷彗星、以及超新星等的研究。展览立足于给观众以中国古代天文知识的全面了解，运用丰富的展陈手段，并有相当数量的实例模型。展览展出多年，深受国内外观众好评，同时亦常年作为青少年课外活动的教育基地。

　　灵台仪象：

　　北京古观象台《中国古代天文学成就展》之《灵台仪象》部分主要对中国古代天文台的发展历史和主要研究用仪器作了较为概括的介绍。展览表现了从西汉天文遗址开始一直到北京古观象台的中国天文研究机构发展历程以及浑仪和简仪等中国古代著名的天文观测仪器。展览深入浅出，寓教于乐，运用了大量实例模型与照片，同时还展出了古观象台首创研制的铜制古代天文仪器比例模型。展览自展出以来深受参观者和天文爱好者的欢迎。