L'ensemble instrumental et mobilier que forment le cercle méridien et ses accessoires constitue, à plus d'un titre, un ensemble remarquable : il est à la fois complet et dans un très bon état de conservation. C'est l'élément le plus emblématique du patrimoine de l'observatoire. Commandé en 1881 au constructeur mécanicien parisien Paul Gautier, l'instrument est installé avec son régulateur astronomique Fénon en 1885. Il assure le service du Temps à l'observatoire de 1885 à 1980, ne subissant que très peu de modifications. Les améliorations et changements ont essentiellement porté sur ses accessoires - micromètres, horloges, chronographes -, régulièrement modernisés. Une autre série d'accessoires, réalisés également par Paul Gautier, servait à connaître les "constantes de l'instrument" : le niveau à enjambement, les bains fixe et mobile de mercure, l'appareil pour mesurer les flexions et le chariot de retournement furent installés en 1885-1886, les mires nord et sud en 1887, les collimateurs extérieurs en 1894 et les lunettes collimatrices à l'intérieur de la salle méridienne en 1900. Le reste du mobilier, constitué du siège de l'astronome et des différents escabeaux, fait également partie de la dotation d'origine. Pour les besoins du service de Chronométrie furent construits au sous-sol du bâtiment différents éléments nécessaires aux tests sur les montres et chronomètres. Deux sont toujours en place : une enceinte à température constante, réalisée vers 1900, et une étuve-réfrigérateur-congélateur, installée en 1931.