Pada pembahasan sebelum kita telah mengupas sejarah singkat mengenai kelahiran dan tempat belajar Khawaja Nasir al-Din Tusi.

Nasir al-Din al-Tusi dilahirkan tahun 597 Hijriah di Tusi, timur laut Iran. Ia mempelajari pengantar ilmu al-Quran dan hadis serta ushul fiqh dan fiqh langsung dari ayahnya. Kemudian ia mempelajari ilmu hadis, logika dan filsafat di bawah asuhan pamannya, Nuruddin Muhammad bin Ali. Di Nisabur, Nasir al-Din melanjutkan studi tentang logika dan filsafat. Tidak hanya itu, ia juga mempelajari matematika, astronomi dan berbagai disiplin ilmu lain langsung dari para ahli di bidangnya masing-masing. 

Ketika Khawaja Nasir al-Din al-Tusi tengah belajar ilmu tingkat lanjutan di Nisabur, wilayah Khorasan diserang dan dikuasai pasukan Mongol. Kemudian Khawaja Nasir al-Din al-Tusi selama beberapa waktu tinggal di benteng Qahestan Ismailiah atas permintaan Nasir al-Din Muhtasim. Di sana ia memanfaatkan waktu untuk berkarya. Lalu, Raja dinasti Ismailiah Iran, Alauddin Muhammad meminta Khawaja Nasir al-Din al-Tusi berada di istananya yang terletak di sebuah benteng di wilayah utara Iran. Di sanapun ia berkarya dan menulis sejumlah buku penting. 

Ketika pasukan Mongol berhasil menundukkan Nasir al-Din Muhtasim, dan satu persatu benteng-benteng pertahanan Ismailiah dikuasai, Khawaja Nasir al-Din al-Tusi mengusulkan kepada raja Ruknuddin Khorshah untuk menuruti permintaan Holagu Khan supaya menyerah, demi mempertimbangkan kondisi rakyat dan mencegah bertambahnya jumlah korban jiwa akibat perang. Setelah Holagu Khan mengakhiri kekuasaan dinasti Ismailiah, ia meminta Khawaja Nasir al-Din al-Tusi, yang menguasai berbagai ilmu pengetahuan, termasuk matematika, kimia dan astronomi, menjadi penasehat kerajaan.

Holagu Khan meminta masukan dari Khawaja Nasir al-Din al-Tusi mengenai ambisinya menguasai Baghdad dan menggulingkan dinasti Abbasiah. Setelah merenung beberapa saat, Khawaja Nasir al-Din al-Tusi mengungkapkan berdasarkan astrologi tidak berapa lama Irak akan dikuasai Mongol. Holagu yang meyakini ilmu astrologi percaya dengan pernyataan Khawaja Nasir al-Din al-Tusi, meskipun astronom lain seperti Hissam al-Din mengemukakan pandangan berbeda. Akhirnya pada tanggal empat Safar 656 hijriah, Baghdad dikuasai pasukan Mongol.

Tidak lama setelah Baghdad berada dalam kekuasaan dinasti Holagu, ia memerintahkan  Khawaja Nasir al-Din al-Tusi untuk membuat observatorium Maragheh. Sebagian peneliti mengungkapkan bahwa pembuatan observatorium ini merupakan inisiatif  Khawaja Nasir al-Din al-Tusi sendiri. Ilmuwan Muslim ini berhasil meyakinkan Holagu tentang pentingnya pembuatan observatorium tersebut. Akhirnya di bawah perintah langsung Holagu, Khawaja Nasir al-Din al-Tusi memimpin pembuatan observatorium Maragheh yang terletak di wilayah barat laut Iran, Pembangunan observatorium ini dimulai tahun 1259 Masehi. 

Salah satu karya besar Khawaja Nasir al-Din al-Tusi adalah pembuatan Observatorium Maragheh yang menandai merupakan gelombang baru kegiatan ilmiah di dunia Islam, sekaligus berperan penting dalam pengembangan astronomi sistem pra-Copernicus non-Ptolemaic yang canggih, untuk menjelaskan gerakan planet. Observatorium maragheh juga menjadi model untuk beberapa observatorium yang dibangun di wilayah Iran, Transoxiana, dan Asia Kecil hingga abad ke-17. 

Sebagai lembaga berpengaruh yang tidak ditujukan semata-mata untuk astronomi, Observatorium Maragheh menghidupkan ilmu pengetahuan di dunia Islam, bahkan pengaruhnya hingga Eropa. Observatorium ini sebenarnya sebuah lembaga ilmiah, dengan bangunan utama untuk peralatan pengamatan, beberapa bangunan tambahan, dan tempat akomodasi. Sebuah tim astronom, sebagian besar diundang dari berbagai belahan dunia Islam, bertanggung jawab untuk desain dan konstruksi dari instrumen astronomi, serta untuk melakukan pengamatan dan perhitungan. Di observatorium Maragheh juga terdapat sebuah perpustakaan dengan koleksi buku terlengkap di zamannya.

Bangunan utama observatorium ini berbentuk lingkaran dengan diameter 22 meter dan ruang-ruang khusus. Pintu masuk dengan lebar 1,5 meter yang menghubungan ke arah  koridor selebar 3.1meter. Di setiap sisi koridor pusat terdapat 6 ruangan yang berpasangan dengan akhir yang lebih kecil daripada yang lain. Di luar bangunan utama menuju selatan, tenggara dan timur laut, terdapat lima konstruksi melingkar yang menjadi tempat pemasangan instrumen pengamatan yang lebih kecil. 

Menurut teks yang ditulis oleh al-Din Mu'ayyad al-‘Urdi, salah seorang astronom kepala dan desainer instrumen observatorium Maragheh, peralatan astronomi yang ada di observatorium Maragheh termasuk kuadran mural dengan radius sekitar 40 meter, solstitial Armilla, cincin azimuth, parallactic ruler (triquetrum), dan bola dunia dengan radius sekitar 160 centimeter.

Para arkeolog yang melakukan penelitian mengungkapkan adanya gedung terpisah dengan luas 330 meter persegi, yang dipergunakan sebagai perpustakaan observatorium. Dokumen sejarah menunjukkan perpustakaan observatorium Maragheh memiliki sekitar 400.000 jilid buku.

Pembangunan observatorium Maragheh menelan waktu 13 tahun.  Belum tuntas pembangunan observatorium ini, Holagu Khan meninggal, dan digantikan oleh anaknya Abaqa Khan. Sebagian sejarawan mengungkapkan bahwa Abaqa Khan menolak menjadi pengganti ayahnya. Tapi, setelah mendengar masukan dari Khawaja Nasir al-Din al-Tusi, akhirnya ia bersedia menjadi raja dan membantu pembangunan observatorium Maragheh. 

Di bawah arahan Khawaja Nasir al-Din al-Tusi, Observatorium  Maragheh menjadi pemantik kebangkitan ilmu pengetahuan di dunia Islam, terutama di bidang astronomi, matematika, fisika, filsafat, dan teologi. Ia juga mengundang seluruh ilmuwan dari berbagai wilayah ke Maragheh, dan menjadikan tempat itu sebagai pusat ilmu pengetahuan dunia di zamannya.

Khawaja Nasir al-Din Tusi dikenal sebagai ilmuwan dengan pengetahuan yang sangat luas. Dia menulis sekitar 150 buku dalam bahasa Arab dan Persia. Dia juga memberikan kontribusi besar di bidang matematika dan astronomi. Karyanya berjudul  "Zij-i Ilkhani" (Tabel Ilkhan) merupakan karya berdasarkan penelitian di observatorium Maragheh yang menjadi tabel akurat tentang gerakan planet. 

Di bidang astronomi, buku al-Tusi yang paling berpengaruh di dunia Barat adalah "Tadhkirah fi'ilm al-hay'a". Dalam buku ini al-Tusi menemukan konstruksi geometris untuk model planet, yang di Barat di sebut Tusi Couple, dengan menghasilkan gerak linear dari jumlah dua gerakan melingkar. Dengan cara konstruksi ini, al-Tusi berhasil mereformasi model planet ala Ptolemaic, yang menghasilkan suatu sistem di mana semua orbit dijelaskan oleh gerak melingkar beraturan. Khawaja Nasir al-Din al-Tusi mengkritik penggunaan teori Ptolemy yang menyatakan bumi itu diam. Sebagian  ilmuwan menilai kritik Tusi terhadap Ptolemeus ini mirip dengan argumen yang digunakan oleh Copernicus pada tahun 1543 Masehi untuk mempertahankan pandangannya tentang rotasi bumi. 

Seorang orientalis Jerman terkemuka, Carl Brockelmann dalam bukunya mengungkapkan bahwa Khawaja Nasir al-Din al-Tusi sangat menguasai matematika dan astronomi. Dia menerjemahkan karya para pendahulu di bidang tersebut. Tidak hanya itu ia juga memberikan penjelasan dan penambahan serta koreksi terhadap karya-karya sebelumnya. Menurut  Brockelmann, Khawaja Nasir al-Din al-Tusi adalah orang yang pertama kali menjadikan trigonimetri sebagai disiplin ilmu mandiri. Karya-karyanya, terutama di bidang matematika dan astronomi telah diterjemahkan ke berbagai bahasa dan mempengaruhi para ilmuwan Eropa setelahnya.