رصدخانهٔ مراغه رصدخانه‌ای بود که در دورهٔ هلاکوخان زیرنظر خواجه نصیرطوسی در شهر مراغه ساخته‌شد. این رصدخانه روی تپه‌ای در غرب مراغه قرار داشته‌است و امروزه تنها پی‌های بخش‌های مختلف و بخشی از سدس سنگی آن باقی مانده‌است. در سال‌های اخیر گنبدی برای محافظت از بقایای این بنا بر روی بخشی از آن ساخته شده‌است.
پرویز ورجاوند و همکارانش در دههٔ ۱۳۵۰ خورشیدی به کاوش در محوطهٔ این رصدخانه پرداختند و قسمت‌های مختلف آن را شناسایی کردند. ساختمان اصلی این رصدخانه به شکل برجی استوانه‌ای ساخته شده‌بود. در ساختمان‌های جنبی آن یک کتابخانه و محل اقامت کارکنان تشخیص داده شده‌است.
بنای رصدخانهٔ مراغه در سال ۶۵۷ هجری (۱۲۶۱ میلادی) به سفارش خواجه نصیرالدین طوسی و به فرمان هولاکو -نوهٔ چنگیزخان مغول- آغاز شد. هولاکو برای نگهداری این سازمان پژوهشی موقوفه‌های ویژه‌ای درنظر گرفت. کتابخانه‌ای شامل ۴۰۰ هزار جلد کتاب و ابزارهای اخترشناسی، از جمله ذات‌الربع دیواری به شعاع ۴۳۰ سانتی‌متر، حلقه‌دار (ذات‌الحلق)، حلقهٔ انقلابی، حلقهٔ اعتدالی و حلقهٔ سموت نیز فراهم شدند. در همین‌جا بود که زیج ایلخانی به‌سال ۶۷۰ هجری (۱۲۷۶ میلادی) فراهم شد.
رصدخانهٔ مراغه فقط مخصوص رصد ستارگان نبود و یک سازمان علمی گسترده بود که بیش‌تر شاخه‌های دانش درس داده می‌شد و مشهورترین دانشمندان آن عصر -از جمله قطب‌الدین شیرازی، کاشف علت اصلی تشکیل رنگین کمان- در آن‌جا جمع شده بودند. به‌علاوه چون در آن زمان ارتباط علمی چین و ایران به‌علت استیلادی مغولان بر هر دو سرزمین برقرار شده‌بود، دانشمندان چینی -از جمله فردی به‌نام فائو مون‌جی- در این مرکز فعالت داشتند. همچنین فیلسوف و فرهنگ‌نامه‌نویس مسیحی -ابن‌العبری- در رصدخانهٔ مراغه به درس‌دادن کتاب‌های اصول اقلیدوس و المجسطی بطلمیوس مشغول بود.
خواجه نصیرالدین طوسی «زیج ایلخانی» را از روی رصدهای انجام‌شده در رصدخانهٔ مراغه تدوین کرده‌است. زیج ایلخانی سده‌ها از اعتبار خاصی در بسیاری از سرزمین‌های آن زمان -از جمله در چین- برخوردار بوده‌است و در سال ۱۳۵۶ میلادی (۳۰۰ سال پس از مرگ طوسی) ترجمه و در اروپا منتشر شد. قدیمی‌ترین نسخهٔ این زیج در کتابخانهٔ ملی پاریس نگهداری می‌شود.
در تاریخ سلسله پادشاهی یوان در چین مندرج شده که برای تاسیس رصدخانه پکن، به سرپرستی کوئوشوچینگ منجم دربار، تعدادی ابزارهای رصدی از رصدخانه مراغه در ایران خریداری شده‌است. از جمله این ابزارها ذات الحلق، عضاده (الیداد)، دو لوله رصد، صفحه‌ای با ساعتهای مساوی، کره سماوی، کره زمین، تورکتوم (نشان دهنده حرکت استوا نسبت به افق) هستند. چینیان لوله رصد را وانگ-تونگ نامیده‌اند. به گفته تاریخ سلسله پادشاهی یوان ایرانیان از این اختراع نه تنها برای رصد اجرام آسمانی، بلکه برای مشاهده دوردست‌ها، به ویژه در دریا سود می‌جسته‌اند. همین کتاب از حضور دانشمندان چینی به رهبری فائومون‌جی برای کارآموزی در رصدخانه مراغه خبر می‌دهد.