Народна астрономическа обсерватория (НАО) “Юрий Гагарин”, Стара Загора е открита официално на 26 февруари 1961 г. Инициатиата за нейното откриване е на група ентусиасти, сред които се откроява фигурата на Бончо Бонев. С финансовата и материална помощ на Община Стара Загора са оборудвани първите помещения и са закупени първите астрономически инструменти и екипировка за нея. Обсерваторията носи името на Първият в света летец – космонавт Юрий Алексеевич Гагарин, който посещавайки Стара Загора през м. май 1961 г. научава за Обсерваторията и малко по-късно дава съгласие тя да се назове с неговото име. Не след дълго, Обсерваторията се сдобива с извънградска наблюдателна база в района на парк “Аязмо” (открита през 1968 г.), която е съоръжена с най-голямия и модерен в България за времето си телескоп – рефрактор (200/3000 мм), система «Куде», производство на заводите «Карл Цайс, Йена (тогава в ГДР).
Първият директор на НАО, Стара Загора е г-н Бончо Бонев, а първите специалисти – физици са Симеон Владимиров и Величка Драганова.
Основните теми по които се работи в тези първи години от развитието на НАО, Стара Загора са:
1. Извънучилищно обучение по астрономия и космически науки за средношколци и младежи. През учебната 1960/1961 г. е създадена първата в България Школа по астрономия със срок на обучение три години.
2. Обучение по астрономия по предметите: астрономия, физика, география, природознание, и др., в помощ на учебния процес в основните и средни училища в Стара Загора и региона.
3. Популяризиране на астрономията, космическите науки и космонавтиката сред гражданството в региона.
4. Наблюдение на изкуствени спътници на Земята (открита е наблюдателна станция №1102, която е част от европейската мрежа на наблюдателите на ИСЗ).
5. Наблюдения на Слънцето и слънчевата активност (резултатите от тях са изпращани в Центъра за слънчеви данни в Потсдам, тогава в ГДР).
6. Наблюдения на редки астрономически явления (пълни слънчеви и лунни затъмнения, комети, пасажи на Меркурий и Венера през диска на Слънцето, астероиди и метеори).
От 1969 г. започват наземните наблюдения на атмосферните оптични емисии като индикатор на протичащите физични процеси в атмосферата на Земята под ръководството на проф. Митко Гогошев. В това направление се развива сътрудничество с обсерваториите в Звенигород и Абастумани (бивш СССР, сега Русия и Грузия).
Голяма част от работата в НАО, Стара Загора започва да се насочва към областта на науката „физика на околоземното космическо пространство”, което създава предпоставки през 1974 г. обсерваторията да се присъедини с цялата си материална база и щат към Групата за изучаване на Космоса (намираща се в състава на тогавашния Единен център на науките за Земята при БАН). Малко по-късно, с решение на Министерски съвет на България тя става Базова обсерватория на Централната лаборатория за космически изследвания с директор д-р М. Гогошев и по-нататък съществува в състава на Института за космически изследвания при БАН. На 1 ноември 1969 г. към Президиума на Българската академия на науките (БАН) е създа¬дена Научна група по физика на Космоса (НГФК) с ръководител акад. Любомир Кръстанов – допре¬ди година председател на БАН и директор на то¬гавашния Геофизичен институт на Академията. С решение на Бюрото на Министерски съвет от 3 март 1975 г. тази група прераства в Централна лаборатория за космически изследвания (ЦЛКИ), която през 1987 г. е преструктурирана в Инсти¬тут за космически изследвания при БАН (ИКИ – БАН).
Големият ентусиаст и радетел за каузата на астрономията и популяризацията на науката Бончо Бончев започва отново борбата за създаване на Астрономическа обсерватория от тип „народна” (people’s). През 1977 г. тогавашният Окръжен народен съвет – Стара Загора закупува от Пловдивския панаир Звезден проектор за Планетариум тип ZKP2 на заводите „Карл Цайс”, Йена (бивша ГДР). Той е монтиран в сградата на тогавашното Първо средно училище (в нея днес се помещава ГПЧЕ”Ромен Ролан”) и обновената Народна астрономическа обсерватория „Юрий Гагарин”, но вече с Планетариум отваря вратите си на 3 ноември 1978 г.
Освен извънучилищното обучение по астрономия и масовата популяризация на постиженияата на астрономията, космонавтиката, физиката и човешките технологии, в НАОП продължават да се наблюдават Изкуствени спътници на Земята. През 1979 г. е построена специализирана извънградска наблюдателна база в района на Старозагорските минерални бани, съоръжена с един от най-модерните за времето си уреди – спътниковата камера АФУ-75. Развиват се условия за любителски астрономически наблюдения в областта на изучването на Слънцето, слънчевата петнообразувателна дейност, наблюдения на астероиди, комети, метеори, наблюдения на редки астрономически явления (пълни слънчеви и лунни затъмнения), наблюдения на планетите от Слънчевата система и техните спътници, а от 1981 г. се поставя началото на археоастрономическите изследвания в Стара Загора. В тях участват много от обучаваните в НАО средношколци и младежи, чийто вдъхновен труд е позволил да се направят множество наблюдения и да се получат астрономически резултати с безспорна ценност за науките астрономия, астрофизика и археоастрономия.
На 26 юни 1994 г. сградата на НАОП „Ю. Гагарин” е унищожена напълно от стихиен пожар. Благодарение на усилията на тогавашното ръководство на Община Стара Загора с кмет г-н Антон Андронов, финансовата й подкрепа и безкористната помощ на много спомоществователи, НАО е открита отново на 4 октомври 1995 г. Планетариумът се възстановява по-късно – открит е на 14 декември 2023 г., като в съвременната си версия е дигитален, производство на фирмата „Скай пойнт”, САЩ, с проекционен купол по нова технология, производство на фирмата „Спитц”, САЩ.
НАО, Стара Загора е била организатор на три национални конференции по астрономия (през 1970 г., 1979 г. и 2011 г.), на Международната конференция „Оптични наблюдения на ИСЗ” на „Интеркосмос”, секция 6 (през 1981 г.), на Международният симпозиум по археоастрономия “Oxford 4” (през 1993 г.), както и на Международния симпозиум по физическа спелеология – секция „Слънчева активност и вторични карстови образования” (през 2002 г.). Също така, обсерваторията бе домакин на годишната конференция на Европейското дружество за астрономия в културата през 2021 г.
Учениците, обучавани в тригодишната школа по астрономия участват в множество младежки научно-практически конференции у нас и зад граница, в национални и международни наблюдателни лагери, в астрономически олимпиади и състезания, в работата на множество археоастрономически експедиции. Много от тях правят първите си стъпки в науката именно тук, в специализираните наблюдателни групи на Обсерваторията и продължават своето образование и професионална ориентация именно към физиката и астрономията. Повече от 450 от тях са завършили физика, близо 60 от тях са професионални астрономи и изследователи на Космоса.
През 64 годишното съществуване на Школата по астрономия в нея са обучени 4980 курсисти. През Звездната зала на Планетариума са преминали около 980000 посетители, а изнесените популярни лекции, направените демонстрционни наблюдения с уредите на Обсерваторията са събрали през годините в залите и на наблюдателната площадка повече от 1 млн. и 500 хил. зрители (тези данни са извлечени от дневниците и материалните книги на НАО).
През 1986 г. по повод 25 годишният си юбилей НАОП „Ю. Гагарин” е наградена за заслуги в областта на обучението и популяризацията на астрономията с орден „Кирил и Методий”, І-ва степен. През 1997 г. НАОП, Стара Загора е наградена от Академичния съвет на СУ „Св. Климент Охридски” с почетния знак на Софийски университет за заслуги в издирването и обучението на млади таланти в областта на природните науки (повече от 650 бивши възпитаници на НАОП вече са завършили в Алма Матер базовото си образование по природни науки по това време). Много от нашите курсисти са завършили образованието или продължават да се обучават в престижни университети в чужбина, където дипломата „Астроном-любител” издадена в НАО, Стара Загора е атестат за качество на приносителя й.
През 60 годишната й история, специалистите от Обсерваторията са публикували повече от 3 900 научни и популярни статии по астрономия и космическа физика. Много от тях са имали фундаментално значение за изучаване на процесите и явленията във Вселената във времето през което те са били написани. Много от работещите специалисти са защитили докторските си дисертации по проблеми, тясно свързани с основната работа в НАОП”Ю. Гагарин” – главно наблюдателна астрономия, атмосферни оптични изследвания, неформално образование по астрономия и космическа физика.
Нещата се променят след началото на космическите изследвания, предизвикали безпрецедентен интерес към науките за Космоса и в България. Израз на това са построените след 1960 г. десетина Народни астрономически обсерватории и планетариуми – НАО(П): Стара Загора – 1961; Димитровград – 1962 (заедно с първия в България планетариум с 8 м зала за 50 места и уникален самоделен (!) апарат, създаден от астронома – любител арх. Милко Миланов (през 1972 г. е заменен с апарат „малък Цайс” ZKP-1); Белоградчик – 1965, Варна – 1968, Ямбол – 1971, Смолян – 1975, Кърджали – 1978, Сливен – 1979, Габрово – 1984 и др.
Към инструментариума проф. Бъчваров прибавя и своя 6-см телескоп, а през 1897 г. доставя за УАО 16-см рефрактор „Grubb“.
Сред специализираните инструменти са: зенит-телескоп (1904), 11-см рефрактор „Zeiss“ (1913) и призмена астролабия (1926), два прецизни махални часовника „Riefler 52“ за средно (1895) и за звездно време (1898), и друг, пак махален, за точно време „Leroy“ (1950).
Освен образователната дейност за обучение на студентите, с инструментите на УАО са правени и редица професионални наблюдения: през 1936 г. и 1961 г. – затъмнения съответно на Луната и Слънцето; слънчеви петна; комети; противостояния на Марс (1936 и 1956).