El 16 de desembre de 1896, Griffith J. Griffith va donar a la Ciutat de Los Angeles una superfície de 12,20 km² de terres al voltant de l'observatori. Griffith va donar fons per construir un observatori, una sala d'exposicions i un planetari a la terra donada. L'objectiu de Griffith era fer que l'astronomia fos accessible per part del públic, a diferència de la idea imperant que els observatoris estiguessin situats a les muntanyes remotes i restringits als científics.

Griffith va redactar especificacions detallades per a l'observatori. En la redacció dels plans, va consultar amb Walter Adams, el futur director de l'Observatori Mount Wilson i George Ellery Hale, que va fundar (amb Andrew Carnegie) el primer telescopi astrofísic a Los Angeles.

Com a projecte Works Progress Administration (WPA), la construcció va començar el 20 de juny de 1933, utilitzant un disseny desenvolupat per l'arquitecte John C. Austin basat en esbossos preliminars de Russell W. Porter. L'observatori i les exposicions que el van acompanyar es van obrir al públic el 14 de maig de 1935 com a tercer planetari del país.

En els seus primers cinc dies d'operació l'observatori va registrar més de 13.000 visitants. Dinsmore Alter va ser el director del museu durant els seus primers anys. L'edifici combina influències gregues i de belles arts, i l'exterior està decorat amb el patró de la clau grega. Durant la Segona Guerra Mundial, el planetari es va utilitzar per entrenar els pilots en la navegació celeste.

El planetari va ser utilitzat de nou per a aquest propòsit en els anys 60 per formar astronautes del programa Apollo per a les primeres missions lunars.

L'observatori es va tancar el 2002 per a la seva renovació i una important expansió de l'espai expositiu. Va tornar a obrir-se al públic el 3 de novembre del 2006 i se'n va conservar l'exterior art déco. La renovació de 93 milions de dòlars, pagada en gran part per una emissió d'obligacions públiques, va restaurar l'edifici i va substituir l'envellida cúpula del planetari. L'edifici es va ampliar subterràniament, amb exposicions completament noves, una cafeteria, una botiga de regals i el nou espai Leonard Nimoy Event Horizon Theatre.

Un incendi forestal a les muntanyes es va apropar a l'observatori el 10 de maig de 2007.

El 15 d'octubre de 2017, els incendis van arribar a la pista de l'observatori, però es van apagar abans de causar danys estructurals.

El 10 de juliol de 2018, l'Observatori del Parc Griffith va ser evacuat després que un incendi de matolls cremés 25 acres i afectés cotxes, però va ser apagat abans que danyés els edificis.

El 25 de maig de 2008, l'Observatori va oferir als visitants una cobertura en directe de l'aterratge de Phoenix a Mart.

Ed Krupp és l'actual director de l'Observatori.