Предыстория этого научно-просветительного учреждения в Пензе начинается с середины XIX века, когда учитель физики и математики Пензенского дворянского института Илья Николаевич Ульянов по поручению ректора Казанского университета Николая Ивановича Лобачевского стал проводить с 1855 года систематические метеорологические наблюдения, имевшие серьёзное научное значение.

В 1928 году на территории парка имени В.Г. Белинского была построена Народная обсерватория, которой было присвоено имя И.Н. Ульянова. С первых дней существования в обсерватории велась большая культурно-просветительная работа, целью которой являлось знакомство посетителей с достижениями астрономии.

В годы Великой Отечественной войны в этом здании разместилась Пензенская гидрометеорологическая служба, переведённая в район аэропорта только в 1969 году. Здание было реконструировано.

Первый аппарат «Планетарий» был установлен в 1954 году, затем в 1975 году в ГДР был приобретён более совершенный аппарат «Малый Цейс», с помощью которого в большом зале можно показать звёздное небо на любой час суток и любое время года.

В планетарии имеется большое количество демонстрационных приборов, подлинные железный и каменный метеориты, астролябия, небесный глобус и квадрант Улугбека, макеты Солнечной системы, маятник Фуко, глобус внутреннего строения Земли.

В зале космических кораблей есть макеты первого искусственного спутника Земли и орбитальных станций «Салют» и «Мир».

В пяти залах планетария в сопровождении демонстрирующей аппаратуры читаются лекции на разнообразные темы.