臼田宇宙空間観測所は、旧宇宙科学研究所の付属施設として1984（昭和59）年10月、長野県の南佐久郡臼田町（2005年4月1日より長野県佐久市）に設立されました。
この観測所では、惑星や彗星のような天体に接近して観測を行っている深宇宙探査機に向けて動作指令を送信したり、探査機からの観測データを受信しています。こうした探査機は超遠距離にあり、送ってくる信号は微弱なため、その信号電波を受けるために、都市雑音などの妨害電波が少ない場所が選ばれました。
施設の中核となっているのは、主鏡面が直径64メートルの反射鏡となっている大型パラボラアンテナで、その総重量は1980トンあります。深宇宙探査機との交信はX帯（8GHz）で行われ、地球近傍の探査機との交信はS帯（2GHz）とX帯（受信のみ）で行われています。
このような深宇宙探査機の追跡管制を目的として設けられた大型アンテナは、海外でもアメリカのNASA、ヨーロッパのESAとロシアのIKIが保有しているのみです。そのため深宇宙探査の窓口の一つとして、当観測所は世界からも期待を集めています。