Té com a objectiu és proporcionar dades sobre la composició, l’origen i l’evolució de l’Univers. Des del 1975 la seu és a Garching (Munic, Alemanya). En foren els membres fundadors Bèlgica, França, Alemanya, els Països Baixos i Suècia. Posteriorment s’hi afegiren Dinamarca (1967), Suïssa (1982), Itàlia (1982), Portugal (2001), la Gran Bretanya (2002), Finlàndia (2004), Espanya (2007), la República Txeca (2007) i Àustria (2009).
El 1963 se signà un conveni amb el govern de Xile per a emplaçar-hi els tres centres d’observació al desert d’Atacama: la Silla, Paranal i Chajnantor. El 1969 s’inaugurà l’observatori de la Silla, a 2.400 m d’altitud, i la subseu xilena a Vitacura (Santiago). Entre altres, disposa del New Technology Telescope, de 3,5 m de diàmetre, el primer amb un mirall controlat per ordinador, i de l’espectrògraf HARP (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) per a la detecció de planetes extrasolars.
L’observatori de Paranal fou inaugurat l’any 1996, i disposa del Very Large Telescope (VLT), conjunt format per quatre telescopis de 8,2 m de diàmetre, el primer dels quals entrà en servei el 1999. L’any 2003 s’inicià el projecte Alma (Atacama Large Millimeter Array), a la plana de Chajnantor, la instal·lació d’observació espacial més gran construïda, consistent en 66 radiotelescopis interconnectats, que tingué també la col·laboració d’institucions científiques del Japó i els EUA; la instal·lació es completà al març del 2013.
A banda, entre el 1983 i el 2010 establí, conjuntament amb l’Agència Espacial Europea (ESA), la Space Telescope European Coordinating Facility, que dóna informació tècnica i instrumental de suport al telescopi Hubble.
Entre les nombroses observacions de l’ESO que han significat avenços en l’astronomia i la cosmologia, hom pot esmentar les referents a l’acceleració de l’expansió de l’Univers (1998), la detecció del forat negre al centre de la Via Làctia (2003), la detecció de l’estrella més antiga coneguda (13 mil milions d’anys) (2004), la confirmació de la relació dels raigs gamma amb les explosions d’estrelles (2005), el mesurament de la temperatura còsmica a partir de la detecció de molècules de monòxid de carboni en galàxies a 11 mil milions d’anys llum (2008) i el descobriment del sistema planetari amb el major nombre de planetes (2010).