URANIBORG VÀ STERNEBORG
Brahê nhanh chóng bắt tay ngay vào việc xây dựng đài thiên văn. Ở đây ông đã thể hiện là một người có tài xuất chúng về tổ chức và kỹ thuật. Ông đặt tên cho công trình là “Uraniborg” (Lâu đài Trời) để tôn vinh vị thần Hy Lạp của bầu trời sao là Uranus (Thiên Vương). Ông đã thiết kế công trình sao cho phù hợp với việc xếp đặt dụng cụ và thích ứng với khí hậu khắc nghiệt.
Việc xây dựng mất gần một năm. Ngay trong năm 1577 Uraniborg đã có người đến ở. “Lâu đài Trời” là một tòa nhà vuông, ba tầng, rất đẹp nhờ có tháp có nóc nhọn trên đó lấp lánh một con quay gió hình con ngựa có cánh trong thần thoại Pegat (Ngựa bay). Hai khu nhà phụ hình bán nguyệt nằm kề hai bên ngôi nhà chính, hướng nam và hương bắc, được trang trí bằng những mái dốc hình nón, quay được và có thể xoè ra để che mưa cho các thiết bị bên trong. Dưới tầng hầm là nhà kho và phòng thí nghiệm luyện kim, tầng một có các phòng ở của gia đình Brahê và phòng khách. Trong một khu nhà phụ bố trí có một quả cầu sao to, được đặt làm từ khi còn ở Augoxbuôc. Ở Uraniborg người ta tạo cho nó dạng hình cầu chính xác có trang bị những thang chia độ chính xác và bên ngoài được phủ một lớp giấy trang kim bằng đồng thau. Trên quả cầu Brahê lấy kim đánh dấu những ngôi sao mà vị trí của chúng đã được xác định chính xác tại đài thiên văn. Tầng hai của toà nhà là các phòng dành cho vua và hoàng hậu, mỗi khi họ đến thăm. Từ hành lang tầng hai có lỗ thông ra các “đài quan trắc” phía bắc và phía nam, phía dưới là khu nhà bếp và viện bảo tàng.
Ngay sau khi xây dựng xong công trình ở Uraniborg, Brahê đã bắt đầu tiến hành một cách có hệ thống các cuộc quan trắc. Khác với đồng nghiệp ở các đài thiên văn khác, Brahê bắt đầu chú ý ngay thời gian quan trắc trong từng phút. Ông làm việc đó từ trước khi sáng chế ra con lắc và việc điều chỉnh chiếc đồng hồ thô sơ rất tốn công. Dần dần đài thiên văn được trong bị những thiết bị mới, trong số đó nhiều thiết bị được sản xuất tại chỗ theo thiết kế của Brahê. Thời gian trôi đi, trên đảo xuất hiện xưởng cơ khí, xưởng in, việc sản xuất giấy cũng được ổn định. Năng lượng cho sản xuất được cung cấp từ cối xay nước do Brahê tự xây. Bánh xe nước ngoài việc cán giấy còn làm quay cối xay bột và chiếc máy tiện.
Năm 1582 tại phòng khách ở tầng một người ta lắp đặt một chiếc kính tứ phân gắn vào tường, Brahê gọi nó là “kính Tychô”. Phần chính của nó là một thang chia độ bằng đồng thau dưới dạng một cánh cung 90 độ, có bán kính 2 mét gắn chặt vào tường quay về hướng nam. Trong bức tường ngang ở phía ngoài ở tâm hình học của vòng cung, trong cửa sổ con được đục riêng để gắn một hình trụ nằm ngang, còn theo vòng cung một con chạy có thể trượt cùng với một dụng cụ lỗ ngắm. Đẩy con chạy cho đến khi ngôi sao khớp với mép của hình trụ, các nhà thiên văn học đã có được độ cao của nó trên “đường chân trời toán học”.
Bức tường trên vòng cung do một số hoạ sĩ trang trí. Trên tường treo một tấm ảnh chân dung của Brahê, các hình vẽ mô tả các phòng làm việc và cả con chó yêu của nhà thiên văn. Ở góc bên phải phía trên của các bích họa người ta đặt một quả cầu sao cơ khí do chính Brahê chế tạo. Ngoài việc chỉ chuyển động quay của bầu trời quả cầu còn chỉ chuyển động của Mặt Trời và Mặt Trăng và các pha của Mặt Trăng. Năm 1590 Tychô Brahê tặng quả cầu này cho thái tử, nhà vua tương lai Crixtian VI, nhưng tiếc là món quà đã không lôi cuốn thái tử đến với thiên văn học.
Bảy năm sau khi thành lập đài quan trắc Uraniborg, người ta lại xây bên cạnh đó một tổ hợp quan trắc phụ Sterneborg (Lâu đài sao). Đó là một gian phòng nằm dưới đất, trên đó chỉ có những cái mái có thể kéo ra kéo vào che cho các thiết bị. Ở đài thiên văn ngoài Brahê, còn có gần chục cộng sự thường xuyên làm việc, những người mà, theo lời nhà thiên văn, “đã đến với tôi từ khắp mọi nơi”. Họ thường ăn với Brahê và gia đình ông và hợp thành một tập thể gắn bó. Em gái của Brahê là Xôphia đã trở thành nhà thiên văn học nữ đầu tiên ở châu Âu. Đó là người phụ nữ có học thức nhất thời bấy giờ.
Brahê đã đạt được độ chuẩn xác tuyệt vời trong việc quan trắc vị trí các ngôi sao bằng những dụng cụ đo góc không có kính quang học. Sai số chỉ là 
0,5’ chính xác hơn các quan trắc của Ptôlêmê đến 20 lần. Ở đài thiên văn đã đạt được những kết quả xuất sắc như lập một danh mục gồm 788 ngôi sao, soạn thảo các bảng khúc xạ ánh sáng trong khí quyển Trái Đất và các quy tắc tính toán trong khi thực hiện quan trắc, xác định chính xác hơn độ nghiêng của Hoàng đạo, khám phá các tính chất không đều trong chuyển động của Mặt Trăng và trong suốt 20 năm chuyển động của các hành tinh thường xuyên được ghi chép lại.
