Un premier téléphérique, dédié au transport du personnel, est installé en 1952, ce qui permet d'atteindre le sommet en toute saison.

En 1959-1962 est installé le bâtiment interministériel, qui regroupe les activités d'astronomie, de météorologie, de télévision et de navigation aérienne.

En 1994, l'État envisage la fermeture de l'observatoire. La région Midi-Pyrénées se mobilise, et crée un syndicat mixte pour la réhabilitation du site. Le projet prévoit une réhabilitation des installations scientifiques, ainsi que l'ouverture au public d'une partie du site. Ainsi, le téléphérique de service est remplacé par un nouveau téléphérique capable d'accueillir le grand public. D'importants travaux sont engagés à partir de 1996 le site, dans sa version rénovée, ouvre en l'an 2000.

Le 20 mars 2008, 4 alpinistes trouvèrent la mort dans un accident suite à une avalanche dans un couloir jugée « dangereux » du pic du Midi.

En 1905 est installée la coupole Baillaud, de 8 mètres de diamètre. Elle est équipée d'une monture équatoriale mécanique. Elle abrite une lunette et un télescope réflecteur.

En 1946, M. Gentilli offre à l'observatoire une coupole et un télescope de 60 cm.

Un spectrographe est installé en 1958.

En 1963, la NASA finance l'installation d'un télescope de 106 cm. Il est utilisé pour prendre des clichés précis de la surface lunaire dans le cadre de la préparation des missions Apollo.

Une tour haute de 28 mètres et de 2 mètres de diamètre est construite à partir de 1972. Elle est installée à l'écart des autres bâtiments, de façon à minimiser les perturbations atmosphériques. En 1980, elle abrite un télescope de 2 mètres : le télescope Bernard Lyot.