O Planetário Calouste Gulbenkian foi construído entre 1963 e 1965, projetado pelo arquiteto Frederico George. A 20 de julho de 1965 foi inaugurado integrado no Museu de Marinha.
A instalação de um moderno aparelho de projeção astronómica numa sala de cúpula semiesférica, semelhante a muitas outras infraestruturas que começaram a ser construídas nas principais capitais europeias, satisfez uma das aspirações dominantes na Sociedade Astronómica de Portugal, fundada em 1917, e tornava realidade o antigo sonho de um Oficial de Marinha, e brilhante astrónomo amador, o Comandante Eugénio Conceição Silva.
Na construção do Planetário, cujos trabalhos decorreram entre setembro de 1963 e julho de 1965, foram despendidos 11 milhões de Escudos. A Fundação Calouste Gulbenkian doou 7 milhões de Escudos (daí a denominação dada ao Planetário).
De Maio de 2004 até Abril de 2005 o Planetário sofreu uma extensa recuperação que envolveu um projeto de dinamização, ampliação e renovação em parceria com a Ciência Viva que despendeu 3,5 milhões de Euros para o efeito, tornando-se assim principal parceiro do Planetário. A 19 de julho de 2005 o Planetário reabriu ao público com um novo projetor principal e um Auditório renovado. O atual projetor, com 32 projetores de estrelas, consegue apresentar mais de 9000 estrelas, bem como a Via Láctea, cúmulos estrelares e nebulosas, as figuras das constelações e linhas didáticas auxiliares, passando a dispor de meios para tornar ainda mais popular a Astronomia e continuar o sonho de manter viva a divulgação astronómica em Portugal.
O Planetário além do Auditório do Planetário possui ainda uma Galeria com diversas exposições temáticas, um Observatório em recuperação e uma uma Biblioteca específica com mais de 1000 títulos. O edifício conta com acessibilidades para pessoas com mobilidade condicionada.