La singularité des collections patrimoniales conservées par la bibliothèque témoigne de la variété des activités de recherche qui ont été menées à l’Observatoire de Paris depuis sa création en 1667 jusqu’à aujourd’hui. La base Cosmos contient les notices des collections muséales à proprement parler : instruments scientifiques, fonds iconographique, sculptures, médailles, mobilier et peintures.
La collection d’instruments remonte à Cassini IV, qui désire constituer un musée de l’astronomie pour débarrasser les cabinets d’observations des visiteurs curieux. En 1879, l’amiral Mouchez crée plusieurs salles d’exposition au premier étage et complète la collection en incitant les autres observatoires et les particuliers à faire des dons à l’établissement. On y admire alors des instruments exceptionnels du 16e siècle d’Erasmus Habermel dédié vraisemblablement à l’empereur Rodolphe II, les globes terrestre et céleste de Coronelli ou de Passemant. Le don des instruments de François Arago par sa nièce, Lucie Augier, ainsi que l’arrivée en dépôt d’instruments du Musée Carnavalet et le retour de pièces prêtées à l‘Observatoire de Toulouse permettent d’enrichir les collections dont 200 visiteurs découvrent, chaque premier samedi du mois, les pièces emblématiques. La mise à l’abri de certains objets pendant la Première Guerre Mondiale, et la réaffectation de salles muséales à des laboratoires (Bureau International de l’Heure) marquent le transfert des œuvres vers la bibliothèque, et la fin d’un musée délaissé. Les années 1980 sont celles de nouveaux enrichissements, dûs notamment au groupe Patrimoine et à l’activité du scientifique Audouin Dollfus, qui collecte le patrimoine instrumental du site de Meudon et rédige quelques 500 fiches descriptives.
Les portefeuilles des collections iconographiques anciennes sont composés d’estampes, de dessins, de cartes postales, de pastels, de photographies qui documentent l’évolution de l’Observatoire et de ses partenaires, l’histoire des activités et des acteurs de la recherche astronomique ainsi que son rayonnement dans la société. Augmenté de peintures et de pastels (ceux d’Etienne Léopold Trouvelot notamment), ce fonds a été inventorié en parallèle du fonds de tirages photographiques conservé à Meudon, qui comprend, par exemple, les premiers clichés de taches solaires de Jules Janssen.
La collection de sculptures est essentiellement constituée de statues et bustes d’astronomes. On y trouve aussi la surprenante statuette de Notre-Dame-de-dessous-Terre, placée par les académiciens dans les souterrains de l’Observatoire en 1671.
Enfin et plus récemment, des éléments de mobilier emblématiques de l’Observatoire sont rentrés dans les collections : on y trouve par exemple le tableau noir sur lequel François Arago donnait ses célébres leçons d’astronomie populaire.
Aujourd’hui, chacun de ces fonds continue d’être traité, étudié, enrichi et animé par l’équipe de la bibliothèque avec l’aide de la communauté des chercheurs.