หอดูดาวอุตุนิยมวิทยาบลูฮิลล์ก่อตั้งขึ้นโดยนักอุตุนิยมวิทยา ชาวอเมริกัน Abbott Lawrence Rotch ในปี 1885 เมื่อเขาสำเร็จการศึกษาจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในปี 1884 Rotch ได้วางแผนและดำเนินการตามแผนของเขาในการสร้างหอดูดาวอุตุนิยมวิทยาบนยอดเขาเกรตบลูฮิลล์ ซึ่งอยู่ห่างจากบอสตันไปทางใต้ 10 ไมล์ ในรัฐแมสซาชูเซตส์ในเขตสงวนบลูฮิลส์ ซึ่งเป็นสวนสาธารณะขนาด 7,000 เอเคอร์ (24 ตารางกิโลเมตร) ที่บริหารจัดการโดย กรมอนุรักษ์และนันทนาการแห่งรัฐแมสซาชูเซตส์ Rotch เลือกสถานที่นี้เพราะระดับความสูง 635 ฟุต เป็นจุดที่สูงที่สุดภายในระยะ 10 ไมล์จากมหาสมุทรแอตแลนติก บนชายฝั่งตะวันออกทางใต้ของรัฐเมนตอนกลาง หอดูดาวแห่งนี้ก่อตั้งขึ้นในฐานะสถานีตรวจอากาศและสถานที่วิจัย สถานที่แห่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศในยุคแรกมีโอกาสพิเศษในการบันทึกสภาพอากาศสุดขั้วและทดลองกับเครื่องมือบันทึกสภาพอากาศ^{[ 7 ]}

อาคารหอดูดาวสร้างเสร็จสมบูรณ์เมื่อสิ้นปี พ.ศ. 2427 และเริ่มการสังเกตการณ์อย่างเป็นทางการครั้งแรกเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2428 Rotch เป็นผู้อำนวยการคนแรกของหอดูดาวและดูแลรักษาด้วยค่าใช้จ่ายของตนเองจนกระทั่งเสียชีวิตในปี พ.ศ. 2455 จากนั้นจึงมอบหอดูดาวให้กับมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดพร้อมเงินบริจาค 50,000 ดอลลาร์ ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็น 111,000 ดอลลาร์ในอีกสิบสองปีหลังจากที่เขาเสียชีวิต^{[ 8 ]}

การก่อสร้างหอดูดาวเริ่มต้นโดย Rotch ในปี พ.ศ. 2427 โดยใช้เงินทุนส่วนตัวของเขาเอง และออกแบบโดยสถาปนิกRotch & Tildenโครงสร้างเดิมประกอบด้วยหอคอยทรงกลมสองชั้นและอาคารที่พักอาศัยที่อยู่ติดกันซึ่งมีห้องนอนสองห้อง ห้องรับประทานอาหาร และห้องครัว ในปี พ.ศ. 2432 ได้มีการเพิ่มปีกด้านตะวันออกสองชั้นเพื่อให้มีพื้นที่ทำงานเพิ่มเติมสำหรับการวิจัย งานบ้าน และห้องสมุด^{[ 9 ]}

ในปี ค.ศ. 1902 ได้มีการต่อเติมปีกอาคารด้านตะวันตกสองชั้น ซึ่งเป็นที่ตั้งของห้องสมุดใหม่ เพื่อเพิ่มพื้นที่ทำงาน ประตูเหล็กกันไฟและกำแพงอิฐเชื่อมต่อห้องสมุดกับโครงสร้างก่ออิฐเดิม หลังคาโค้งแบบทิมเบรล (ขนาด 18 x 35  ฟุต) ที่ทำจากกระเบื้องชนิดยึดเกาะกันได้ดีนั้น ทอดข้ามห้องสมุด เชื่อกันว่าหลังคาโค้งแบบทิมเบรลนี้ติดตั้งโดยบริษัท Guastavino โดยใช้ปูนยาแนวที่มีความเหนียวแน่นสูงมาก ซึ่งพัฒนาโดยRafael Guastavinoผู้ก่อตั้งบริษัท

หินพื้นเมืองที่เก็บรวบรวมจากยอดเขาเกรทบลูฮิลล์ถูกนำมาใช้สร้างหอคอยสองชั้น อาคารที่พักอาศัยที่อยู่ติดกัน และปีกอาคารด้านตะวันออกและตะวันตก หลังคา ใช้ แผ่นทองแดงกำแพงหินและรั้วเหล็กถูกสร้างขึ้นในปี 1905 เพื่อรักษาความปลอดภัยให้กับอาคารและอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงความเป็นส่วนตัวของเจ้าหน้าที่ อย่างไรก็ตาม หอคอยหินเดิมนั้นพิสูจน์แล้วว่าไม่เหมาะสม ฝนที่พัดมากับลมได้แทรกซึมเข้าไปในผนัง ทำให้อุปกรณ์และแผ่นเสียงเสียหาย การสั่นสะเทือนจากอุปกรณ์บนเสาที่อยู่บนยอดหอคอยก็เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้โครงสร้างมีปัญหา

ในปี ค.ศ. 1908 หอคอยเดิมถูกรื้อถอน และ สร้าง หอคอยคอนกรีตเสริมเหล็ก สามชั้น สไตล์โกธิค ตอนปลายแห่งใหม่ขึ้น มาแทนที่ โดย มีความกว้าง 20 ฟุต 6 นิ้ว และสูง 32 ฟุต 8 นิ้ว การเลือกใช้คอนกรีตในการก่อสร้างหอคอยนั้นมีจุดประสงค์เพื่อให้มีความมั่นคงและทนทานสูงสุดในกรณีที่มีลมแรง หอคอยมีส่วนยอดเป็นเชิงเทียนและมีบัวประดับที่มี ฟันปลาหน้าต่างเป็นแบบบานเลื่อนคู่ โดยมีส่วนโค้งเว้าตื้นๆ เหนือหน้าต่างในชั้นที่หนึ่งและชั้นที่สอง 

หอคอยใหม่นี้ได้สร้างสภาพแวดล้อมที่ทนทานต่อสภาพอากาศและปราศจากการสั่นสะเทือน ซึ่งจำเป็นต่อการอ่านค่าเครื่องมืออย่างแม่นยำ ชั้นแรกของหอคอยเป็นที่ตั้งของสำนักงานผู้อำนวยการ สำนักงานอุตุนิยมวิทยาอยู่บนชั้นสอง และห้องปฏิบัติการและทางขึ้นดาดฟ้าอยู่บนชั้นสาม เครื่องวัดความเร็วลมและเครื่องมือบันทึกข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยาต่างๆ ติดตั้งอยู่บนดาดฟ้าของหอคอย หอดูดาวแห่งนี้ยังคงเก็บรักษาบารอมิเตอร์และเครื่องมืออื่นๆ ที่มีอายุตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 เครื่องมือเหล่านี้ใช้ในการสอบเทียบเครื่องมือที่ทันสมัย ​​เพื่อรักษาความถูกต้องและความสมบูรณ์ของฐานข้อมูลที่มีมาตั้งแต่ปี 1885

ในปี 1962 หอคอยโลหะที่มีไซเดอโรสแตทสำหรับรวบรวมรังสีจากดวงอาทิตย์และส่งผ่านกระจกไปยังแท่นวางอุปกรณ์ทางแสงภายในหอดูดาว ได้ถูกสร้างขึ้นติดกับปีกด้านตะวันตกเพื่อใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับชั้นบรรยากาศเบื้องบน โครงการนี้ถูกยกเลิกหลังจากนั้นไม่กี่ปี หอคอยนี้พร้อมกระจกยังคงอยู่ แต่ปัจจุบันไม่ได้ใช้งานแล้ว

ในปี 1980 อาคารแห่งนี้ได้รับการขึ้นทะเบียนในทะเบียนรายชื่อสถานที่ทางประวัติศาสตร์แห่งชาติในชื่อ "หอดูดาวสภาพอากาศเกรทบลูฮิลล์" ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเสนอชื่อสถานที่หลายแห่งโดยเครือรัฐแมสซาชูเซตส์ในชื่อ "แหล่งทรัพยากรยุคก่อนประวัติศาสตร์และประวัติศาสตร์ของเขตสงวนบลูฮิลส์และแม่น้ำเนโปนเซต และพื้นที่ใกล้เคียงที่ได้รับการคัดเลือก"

ในปี 1981 คณะกรรมการเขตมหานครได้โอนความรับผิดชอบในการดูแลหอดูดาวให้กับชมรมพยากรณ์อากาศบลูฮิลล์ ซึ่งเป็นกลุ่มผู้สนับสนุนในท้องถิ่น ที่วางแผนจะบูรณะหอดูดาวและจัดตั้งพิพิธภัณฑ์สภาพอากาศขึ้นในบริเวณนั้น หอดูดาวจะยังคงเปิดให้บริการต่อไปเพื่อบันทึกข้อมูลการสังเกตการณ์สภาพอากาศอย่างต่อเนื่องกรมอุตุนิยมวิทยาแห่งชาติยังคงดำเนินการระบบสังเกตการณ์พื้นผิวอัตโนมัติ (Automated Surface Observing System)ณ สถานที่แห่งนี้

ตั้งอยู่บริเวณสนามหน้าอาคาร มีแผ่นหินอ่อนสีขาวจารึกข้อมูลสรุปด้านภูมิอากาศตั้งแต่ปี 1885 ถึง 1984 เพื่อเป็นอนุสรณ์แด่แอบบอตต์ ลอว์เรนซ์ รอทช์

สถานที่ แห่งนี้ได้รับการประกาศให้เป็นสถานที่สำคัญทางประวัติศาสตร์แห่งชาติในปี 1989 โดยใช้ชื่อว่า "หอดูดาวอุตุนิยมวิทยาบลูฮิลล์"

ในปี 2021 การปรับปรุงหอดูดาวครั้งใหญ่ด้วยงบประมาณ 2 ล้านดอลลาร์สหรัฐได้เริ่มต้นขึ้น อาคารหลายส่วนได้รับการปรับปรุง และการปรับปรุงนี้รวมถึงผนังคอนกรีตใหม่ เพดานใหม่ หน้าต่างใหม่ และการเพิ่มการป้องกันสภาพอากาศ^{[ 10 ]}