L'osservatorio era situato in locali annessi alla basilica di San Luca sul colle della Guardia nei pressi di Bologna. Fu fondato dal conte Antonio Galeazzo Malvasia, valente studioso bolognese, a seguito della sequenza sismica che interessò il territorio bolognese nel gennaio febbraio 1881. L'osservatorio, in cui Malvasia vi trasferì tutta la strumentazione del suo Gabinetto Tromosismico,  fu inaugurato il 14 novembre 1881 alla presenza di Francesco Denza fondatore e primo Presidente della Società Meteorologica Italiana e Filippo Cecchi, direttore dell'Osservatorio Ximeniano di Firenze. In quell'occasione Denza lo definì uno degli osservatori dotati della migliore strumentazione d'Europa.

La già notevole dotazione strumentale sia di tipo sismico che meteorologico delle origini dell'Osservatorio fu via via aggiornata e arricchita in fasi successive.

La dotazione sismica constava inizialmente per lo più di avvisatori sismici o sismoscopi, strumenti atti cioè a segnalare l'occorrenza del terremoto fornendo al massimo l'indicazione dell'ora e della direzione del movimento sismico. L'unico strumento registratore era il sismografo Cecchi a carte affumicate. Solo nei primi anni del Novecento l'Osservatorio fu dotato di due pendoli orizzontali Stiattesi con masse di 350 kg. ciascuno.

La memoria dell'Osservatorio e dei suoi strumenti si perse per almeno 50 anni, quando dal 1991, in successive occasioni, SGA Atoria Geofisica Ambiente di Bologna, in collaborazione con il Prof.Piero Todesco, rinvenì ed identificò ciò che rimaneva della strumentazione e dei luoghi dove aveva funzionato.

Gli strumenti sismici sopravvissuti hanno grande rilievo storico. L'avvisatore sismico Malvasia è senza dubbio il prototipo cui si ispirò Michele Stefano de Rossi per una copia dello stesso da lui utilizzata prima all'Osservatorio del Servizio Geologico, poi a quello di Rocca di Papa e attualmente conservato nella Collezione museale di Meteorologia, Sismologia e Idrobiologia del Consiglio per la ricerca in agricoltura e l'analisi dell'economia agraria (CREA).

Il tromometro normale rinvenuto ancora pressocché intatto nell'apparato di sospensione è importante perchè è uno dei quasi 50 strumenti standard autocostruiti in altrettanti osservatori italiani, che hanno costituito un primo nucleo di rete sismica (anche se non nell'accezione che intendiamo noi oggi).

Uno degli ultimi rinvenimenti furono le masse dei pendoli Stiattesi e dei locali in cui erano installati e hanno funzionato per una trentina di anni. Oggi sono tuttavia andate perdute nel corso di lavori edilizi nelle cantine dei locali annessi alla Basilica. Le stanzette dell'Osservatorio, che si trovano a livello del terreno sul lato Nord, cioè verso la pianura,  e oggi adibite ad altro uso, erano addossate dall’esterno al grande muro di fondazione ellittico che regge il corpo della Basilica.