Ungefähr im Jahr 1567 baute der Astronom mit der Unterstützung Friedrichs II. von Dänemark auf der Insel Hveen im Sund die Sternwarten Uranieborg und Stjerneborg, wo er 20 Jahre lang Fixsterne und Planeten beobachtete.

1597 wechselte er nach Wandsbek, bis er 1599 von Kaiser Rudolf II. als Hofastronom nach Prag berufen. Dort nahm er sich 1600 des jüngeren Astronem Kepler an. Seine Planetenbeobachtungen führten nach Tod am 24. 10. 1601 seinen Gehilfen J. Kepler zur Entdeckung der Gesetze der Planetenbewegung. Brahe war Gegner des heliozentrischen Systems und erfand ein eigenes Weltsystem, das Tychonische Weltsystem.