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年底至今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，还增加了我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。

另外，还配备有表演彗星，流星，日饵，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。