Doter l'Europe d'après-guerre d'une capacité de recherche et d'observation de classe internationale en astronomie et en astrophysique. Voila l'objectif que s'étaient fixés la Belgique, la France, l'Allemagne, les Pays-Bas et la Suède, les 5 pays fondateurs de l'ESO. Déjà, en 1953, des discussions avaient été entamées en ce sens par un groupe d'astronomes lors d'un colloque d'astronomie à Leiden, aux Pays-Bas. Il faudra attendre presque une décennie pour voir la création de l'ESO, le 5 octobre 1962.

Très vite, les membres choisissent le Chili pour accueillir les futurs télescopes et plus spécifiquement le désert hyperaride d'Atacama, situé au nord du pays. Ce désert ne reçoit en effet que 0,8 mm de pluie par an en moyenne et les conditions atmosphériques (ciel pur et très peu de turbulences) ne se retrouvent à aucun autre endroit du globe. Les premiers photons sont captés par le télescope de 1 mètre à La Silla, premier site de l'ESO à 2400 m d'altitude et à 600 km au nord de Santiago. C'est à la fin de l'année 1976 que le télescope de 3,6 m entre en service. À cette époque, il s'agit du plus grand télescope optique au monde. L'un des plus grand succès de l'ESO concernant ce télescope est la mise en place du spectrographe HARPS (pour High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) en février 2003 sur l'optique du télescope. Cet instrument de haute technologie est un chasseur d'exoplanètes par la méthode des vitesses radiales. D'ailleurs, en septembre 2011, L'ESO annonca que HARPS comptait désormais 50 exoplanètes confirmées à son tableau de chasse dont 16 super-Terres.

En décembre 1987, l'ESO fait les manchettes scientifiques de la planète en annonçant sa décision de construire un réseau de très grands télescopes et l'année suivante, le site du Cerro Paranal, à 2635 m d'altitude est choisi pour accueillir le projet. Le Very Large Telescope (VLT), consiste en 4 télescopes de 8,2m de diamètre. C'est le télescope Antu (qui signifie "Le Soleil" en langue mapudungun, un dialecte local) qui capte les premiers photons en mai 1998. À cause de leurs poids respectifs de 23 tonnes, les miroirs de chaque télescope se déforment légèrement et c'est un système de 150 vérins qui corrige la déformation du miroir due à la gravité. De plus, un système d'optique adaptative a été mise en place afin de corriger les aberrations optiques dues à la turbulence atmosphérique. Grâce à la taille de ses miroirs, à sa technologie de pointe et à son site exceptionnel, le VLT sera, à son lancement, l'un des meilleurs télescopes du monde, il le reste d'ailleurs encore en 2012.

Toujours plus grand, toujours plus puissant. Ce pourrait être la devise de l'ESO. Ainsi, le conseil de l'organisation annonce en décembre 2006 le début des études afin de construire un télescope "extrêmement large" (ELT pour Extremely Large Telescope en anglais). En 2010, l'ESO annonce que le miroir du monstre optique mesurera 42 m de diamètre et que c'est le site du Cerro Armazones , à 20 km du site du VLT, qui accueillera le "plus gros œil du monde." À noter, que l'ESO désirait construire un télescope de 100 m de diamètre mais les contraintes technologiques et l'incertitude budgétaire d'un tel projet ont refroidi les ardeurs des scientifiques européens.

Sur son portail, l'ESO annonce la couleur. L'European-Extremely Large Telescope (E-ELT) aura entre autre pour mission de découvrir les premières exoplanètes similaires à la Terre et se situant dans la "zone habitable" (la zone où la vie peut théoriquement exister autour d'une étoile). La première lumière est attendue pour le tout début de la prochaine décennie. L'ESO fera alors peut-être entrer l'espèce humaine dans une période charnière de son existence, à savoir la confirmation officielle que la vie existe ailleurs dans l'univers...