Das Haus der Astronomie soll Schülern, Lehrern und der allgemeinen Öffentlichkeit die Faszination der Astronomie vermitteln und den Wissenschaftsaustausch fördern Workshops für Kinder und Jugendliche, Fortbildungen für Lehrer, öffentliche Vorträge und andere Veranstaltungen geben Einblicke in die aktuelle Forschung. Ein Hörsaal, der auch als Planetarium nutzbar ist, steht im Zentrum des Gebäudes Ein Foyer, aus dem heraus auch Seminar- und Büroräume erschlossen sind, umlagert den Kern.

Der außergewöhnliche Neubau, der in Form einer Spiralgalaxie entwickelt wurde, findet seinen Platz neben dem Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und der Landessternwarte auf dem Heidelberger Königstuhl. Beide Institutionen sind in den Betrieb des Gebäudes mit eingebunden.

Bei dem auf den ersten Blick punksymmetrischen Gebäude sind sowohl die Geschossebenen als auch die Fassade um das Zentrum gedreht. Die Krümmung der Schweifarme der Galaxie wird zum Zentrum hin stetig stärker. Ebenso nimmt die Höhe der verglasten Fassadenbänder ab und der Anteil der zweifach gekrümmten Metallfassade nimmt zu. Dadurch wird die Galaxie nicht als zweidimensionales Bild umgesetzt, sondern als räumliches Gebilde von Umlaufbahnen.

Die gewundenen Spiralarme mit den Nutzebenen sind um ein halbes Geschoss versetzt und unterstützen zusätzlich die Gebäuderotation um den Kern. Querbezüge zwischen den Räumen der beiden Spiralarme lassen den Besuchern und Nutzern die außergewöhnliche Gebäudeform frei erleben.

Zentrum des „Haus der Astronomie“ bildet ein multifunktionaler Hörsaal, der mit modernster multimedialer Technik ausgestattet ist. Hier können neben klassischer Vortragsnutzung auch Bilder und Fulldome-Visualisierungen astronomischer Phänomene und Konzepte eindrucksvoll gezeigt werden. In den beiden Spiralarmen des Gebäudes befinden sich unter anderem speziell ausgestattete Praktikums- und Unterrichtsräume sowie Büroräume.

Das nachhaltige Energiekonzept des Gebäudes umfasst neben der geregelten Gebäudelüftung mit Wärmerückgewinnung die Erdwärme als Energiequelle.

Der Entwurf des Gebäudes stellte für alle Beteiligten eine große Herausforderung dar, denn mit zweidimensionalen Plänen lässt sich das Gebäude nicht mehr eindeutig beschreiben. Alle Planer arbeiteten deshalb in einem gemeinsamen dreidimensionalen Datenmodell.

Um die Form des Gebäudes zu entwickeln, experimentierten die Architekten zunächst mit einem selbst erstellten Computermodell einer Spiralgalaxie. Über die Bewegung und die Verknüpfung der Himmelskörper fanden sie Spuren, aus denen sie die architektonische Form ableiteten.