更新时间：2024-07-01 16:40
直径 23.5米，水平式。1957-1976年期间，人造星空表演使用原民主德国蔡司光学仪器厂生产的蔡司232型天象仪。1976年底改用国产大型天象仪，该仪器可以放映大约9,000颗6.55等以上的恒星，以及星座名称和星座连线，坐标系和太阳系行星视运动，还增加了中国古代星座三垣二十八宿的名称和连线，以及在黄道上标有二十四节气等。
配备有表演彗星，流星，日珥，宇宙飞船等近百台特技效果放映器，还有幻灯机，大屏幕投影机等设备。
四十多年来，北京天文馆天象厅共上演了近80个天象节目。
直径23米、建筑面积约450平方米的老馆天象厅是北京天文馆改造的重点。在保留经典地平式构造的基础上，拆除了天象厅的布质球幕，安装了美国Spitz公司制作精良的金属质地球幕。观众向球幕中心望去，视线似乎被无限拉长，球幕宛如巨大的白色苍穹，给人带来高远深邃的感觉。
天象厅内部采用了德国卡尔·蔡司公司的蔡司9型光学天象仪。它能够逼真地还原地球上肉眼可见的9,000颗左右的恒星，为观众带来最真实的星空体验。
光学天象仪还能够附加显示星座的中英文名称、星座连线以及一些标志线。在天文教学中使用这些标识能够让观众更好地进行学习和认知。光学天象仪采用计算机综合控制，能够预先编程设定较为复杂的天体运动并进行天象演示。为配合光学星空的效果，天象厅还配备了目前世界上分辨率最高的来自美国Sky-Skan公司的全天域数字投影系统。
系统采用6台Sony数字投影机做全天域数字图像拼接，24台高性能图形计算机并行处理运算任务，实时运算得到的数字星空图像能够覆盖整个球幕，形成一个总体分辨率7800×7800的球幕影像。
这套世界上唯一的超高分辨率数字投影系统对光学天象仪形成完美补充，能够与光学星空实现同步运行。同时，数字投影系统还能独立完成虚拟的天象演示、三维宇宙空间模拟、数字节目播放等多项功能。为了让节目在放映时达到最好的效果，天象厅还配备了4台辅助激光投影器，4台喷雾发生器以及13.1声道的环绕声系统。
由于激光器具备高对比度的特性，用它来显示球幕上的辅助线，以及较为昏暗环境下一些虚拟场景和物体的表达；喷雾器主要用于节目播放过程中对环境氛围的营造；多声道的环绕声系统在球幕上放置了14个监听音箱，能够在整个球幕范围内实现前后左右及上、下的3维声效变化。
这些设备与光学及数字天象仪同步起来，使天象厅内天球效果更加清晰，接近旷野的自然状态，为观众提供最为真实的科普体验。
改造后的天象厅，座椅数量由改造前的600减至400。
虽然数量有所减少，但舒适度明显提高，而且座椅的安放更加科学，采用红、绿、褐、蓝四区的座椅，以不同的角度排列，可最大限度地保证观众对球幕的视野，确保每一位观众都有一个良好的欣赏视角。