Nel 1826 venne fondato, su decreto chirografo del Duca Francesco IV d'Este, l'Osservatorio Astronomico, poi diventato Geofisico.

Il Museo rappresenta un esempio di studio scientifico del periodo 1820-1920 ospitando strumenti antichi astronomici, meteorologici e geofisici negli stessi locali ove venivano utilizzati: telescopi newtoniani del XIX secolo, pendoli astronomici, vari strumenti da tavolo, carta lunare del 1600, macchina comparatrice, pluviometro di Ragona del 1800.

Il Museo Astronomico e Geofisico ben si raccorda con le attività di ricerca dell'Osservatorio Geofisico, per esempio la serie storica di dati meteorogici costituisce una delle più lunghe d'Italia e le misure proseguono a tutt'oggi con un sistema di acquisizione dati automatico; essi contengono studi sul clima di Modena e sugli effetti locali di mutamenti climatici a grande scala.

Attualmente i locali sono chiusi per restauro. Il progetto di ristrutturazione dell'Osservatorio prevede il recupero della specola astronomica così com'era fino al 1896. Nei locali potranno essere ricavate diverse sale ed in particolare, grazie alla ricca documentazione fotografica, saranno ripristinati alcuni ambienti originali.Esiste inoltre un'importante biblioteca storica, con antichi volumi astronomici e geofisici.