Une première tour d’observation et de guet fut construite en 1830, au sud de la chapelle de la Vierge. Cette "Mariette", chère au cœur des Lyonnais, était alors l'édifice le plus haut du paysage. Les touristes et les premiers photographes se plaisaient à fixer sur leurs daguerréotypes le paysage pittoresque qu’ils pouvaient observer d’en haut. La base a longtemps abrité un café avant l'implantation de l'actuel restaurant.
La Commission de Fourvière s'en étant rendue propriétaire fit démolir les deux étages supérieurs au moment des travaux de la basilique.
Après la construction de la basilique, en 1882, un observatoire scientifique fut installé dans la tour nord-ouest dans l'intention d'allier la science et la foi. De même, on aménagea un observatoire public dans la tour nord-est, dont le superbe escalier à vis conduit au lanternon, muni d'une très précise table d'orientation en pierre de lave.

Actuellement en travaux, la tour de l’Observatoire devrait à nouveau être ouverte au public en 2008.