Линз и телескопов в то время не было и чтобы повысить точность измерений главный инструмент обсерватории пришлось сооружать огромных размеров. Также инструмент определял не только высоту Солнца, а также описывал звёздное небо.
Здание обсерватории высотой около 50 м располагалось на вершине каменистой возвышенности высотой 21 м. На крыше здания (верхний правый угол) находилось отверстие (диоптр), через которое свет от небесных светил падал на дуги главного инструмента, что позволяло измерять высоту Солнца, Луны, планет и звёзд над горизонтом.
По наблюдениям в своей обсерватории Улугбек составил каталог звёздного неба, в котором были описаны 1018 звезд.