En 1575, il fait construire le premier observatoire moderne : Uraniborg. Situé sur l’île de Vaine (Hveen), face à Helsingør, dans le détroit de l’Öresund, il a coûté une somme folle au Danemark mais le roi Fredrik II refusait peu de choses à son célèbre astronome et astrologue. Très méticuleux, il établit un catalogue d'étoiles, suit la trajectoire de différentes comètes et imagine un système du monde qui est la synthèse de ceux de Ptolémée et Copernic.

À la mort de Fredrik II en 1588, Tycho Brahe perd son principal mécène et rentre à Prague où il devient mathématicien impérial. Il meurt en 1601, laissant le plus illustre de ses élèves, Johannes Kepler, poursuivre ses observations et devenir célèbre à son tour en découvrant les lois qui régissent les mouvements des planètes.