한국천문올림피아드는 사단법인 한국천문학회 산하 한국천문올림피아드위원회가 주관한다.
한국천문올림피아드위원회는 한국천문학회를 대신하여 천문올림피아드 국제대회인 IAO, IOAA, APAO에서 대한민국을 대표하는 공인국가대표천문기관(ANRAO)의 역할을 수행한다.

2001년 10월 27일에 한국천문학회와 한국천문연구원 공동 주최로 제1회 한국천문올림피아드대회(KAO: Korea Astronomy Olympiad)가 서울대학교에서 개최되었다. 국제대회에는 2002년 10월 러시아에서 열린 제7회 국제천문올림피아드(IAO: International Astronomy Olympiad)에 3명의 고등학생들이 참관자 자격으로 처음 참가하였다. 한국은 2007년 태국 치앙마이에서 개최된 제1회 국제 천문 및 천체물리 올림피아드(IOAA: International Astronomy and Astrophysics Olympiad)대회부터 IOAA에도 꾸준히 참가하며 국제적 친선을 쌓고 한국의 위상을 높이고 있다. 천문올림피아드는 국제과학올림피아드 사업의 일환으로 2003년부터 정부 지원을 받기 시작해서, 현재는 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 한국과학창의재단의 지원을 받아 수행하고 있다.

• 청소년들에게 중·고등학교 시절부터 천문학 전반에 걸친 이론 및 천체관측에 접할 기회를 제공함으로써 기초과학에 대한 관심을 고취시킨다.
• 천문학 영재들을 조기에 발굴ㆍ교육함으로써, 미래에 우리나라 뿐 아니라 전 세계를 무대로 활동하는 천문학자로 성장할 수 있도록 지원한다.
• 국제천문올림피아드에 한국대표 학생들을 참가시켜, 전 세계 천문학 영재들과의 교류를 통해 국제적 친선을 도모하고, 천문학 분야에서 한국의 우수성을 보여줌으로써 대한민국의 국가 위상을 드높인다.
• 국민들의 과학 마인드 함양을 위한 과학 대중화에 기여한다.

• 매년 봄에 천문학적 관심과 소양을 가진 전국의 중·고등학생들을 대상으로 한국천문올림피아드(KAO)를 개최한다.
• KAO 교육생으로 지원한 학생들은 학년에 따라 예비교육생(중1, 중2)과 정규교육생(중3-고2)으로 구별된다. 예비교육생은 다양한 천문 활동을 통해 천문학 입문교육을 받는다. 정규교육생은 동영상강의교육과 여름통신과제 이후 1차 선발고사를 본다. 1차 선발고사를 통과한 학생들은 주말교육(관측실습), 가을통신과제를 거쳐, 겨울방학 중에 개최되는 겨울학교에서 이론 강의와 실습교육을 통해 천문학적 기본 개념들에 대한 심화된 내용을 학습하게 된다. 이후 최종선발고사까지 응시한 학생들의 수행결과를 종합하여 국제대회에 참가할 대표후보 학생들이 선발된다.
• 국제대회에 참가할 대표후보 학생들은 다음 해의 봄과 여름에 통신교육과 여름학교를 통해 더욱 집중된 교육을 받으며, 국제대회 출전 전에 최종교육을 거친 후 여름과 가을 사이에 개최되는 국제대회에 참가하게 된다.