Nikolajevo astronomijos observatorija, viena iš seniausių Rytų Europos observatorijų, buvo įkurta 1821 m. kaip jūrų laivyno observatorija, skirta rengti Juodosios jūros laivyno laivininkus. 1912–1991 m. observatorija veikė kaip pietinė Pulkovo observatorijos filialas. Observatorijos pastatas buvo pastatytas 1829 m. ant aukščiausios miesto vietos - Spassky kalno. Pagrindinis įėjimas suprojektuotas kaip šešių kolonų portikas su laipteliais, vedančiais į pagrindinę žiūrovų salę, virš kurios kyla rotonda su plokščiu stogu, su sudėtingu mechanizmu užsidarončia anga dangui stebėti.
2007 m. balandžio mėn. observatorija buvo įtraukta į laikinąjį UNESCO pasaulio paveldo sąrašą. 7,1 hektaro ploto kompleksą sudaro pagrindinis observatorijos pastatas, paviljonai ir mokslo bei ūkinės paskirties pastatai, parkas ir ketaus tvora. Veikia muziejus, kurio ekspozicijoje eksponuojama XVIII–XX amžiaus astronominių laikrodžių kolekcija, astronominių ir navigacinių instrumentų kolekcija, saulės laikrodis, jūrinis kompasas, iškilių asmenybių ir observatorijos direktorių portretų galerija.