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 제 1회 한국천문올림피아드대회(KAO: Korea Astronomy Olympiad)가 서울대학교에서 개최되었다. 국제대회에는 2002년 10월 러시아에서 열린 제 7회 국제천문올림피아드(IAO: International Astronomy Olympiad)에 3명의 고등학생들이 참관자 자격으로 처음 참가하였다. 천문올림피아드는 한국국제과학올림피아드 사업의 일환으로 2003년부터 정부 지원을 받기 시작해서, 현재는 한국과학창의재단을 통해 미래창조과학부로부터 지원받고 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 1차 서류전형에서 선발된 학생들은 여름방학 동안에 여름인터넷교육과 주말교육, 그리고 동영상 강의를 포함한 온라인 교육을 받게 된다. 그리고 2차 면접심사를 거쳐 선발된 학생들은 가을학기 중에 실시되는 가을인터넷교육과 겨울방학 중에 개최되는 겨울학교에서 이론 강의와 실습 교육을 통해 천문학적 기본 개념들에 대한 심화된 내용을 학습하게 된다. 최종적으로 2차 교육과정의 과제 및 실습/수행평가 점수 그리고 두 차례의 선발시험 결과를 합하여 국제천문올림피아드에 참가할 대표학생들을 선발한다.
• 선발된 대표학생들은 다음 해의 봄 학기 중에 실시되는 봄인터넷교육 및 여름방학 기간에 개최되는 여름학교, 그리고 가을 학기에 실시되는 최종교육을 거쳐 그해 9월에서 12월 사이에 개최되는 국제천문올림피아드 대회에 참가하게 된다.