从电离层问题出发
阿雷西博天文台位于波多黎各北部阿雷西博市以南的山区，最初称阿雷西博电离层观测站。它的建造源自康奈尔大学电气工程教授威廉·戈登在1958年提出的研究方案：向高空发射强烈无线电波，再接收电离层电子产生的微弱散射回波，探查上层大气。
戈登与亨利·布克、本·尼科尔斯共同研究仪器参数。肯尼思·鲍尔斯随后在伊利诺伊州的实验验证了非相干散射探测的可行性。如此庞大的设备不能只服务一种问题，设计工作同时考虑了行星雷达和射电天文学。美国国防部高级研究计划局（ARPA）提供经费，康奈尔大学承担建设与科研组织。
让天然洼地成为反射面
选址须兼顾天体位置和地形。热带地区便于让行星经过接近天顶的可观测范围；直径305米的天线又需要一种经济可行的支撑方式。康奈尔工程人员威廉·麦圭尔、乔治·温特研究了利用天然盆地的办法。比较若干岛屿和地区后，团队选择波多黎各的喀斯特洼地。
原构想是固定向上的抛物面天线，中央竖起高塔。经ARPA顾问沃德·洛介绍，戈登接触了美国空军剑桥研究实验室研究球面反射器的团队，方案改为球面碟面和可移动馈源。三座塔用缆索悬吊平台，调整平台上的天线位置即可改变波束方向，而不必转动整个巨碟；线状馈源则负责补偿球面反射带来的像差。
1963年落成以前已经开始测试
主体工程在1960至1963年间完成。多家承包商分担结构、天线、混凝土塔和电子设备施工，美国陆军工程兵团监督土木工程。约300吨的平台先在洼地底部组装，再升至约152米高处。巨大的接收面积、悬吊结构和发射设备必须共同达到设计要求。
大碟尚未完成时，团队已用另设的喇叭天线测试430兆赫雷达系统。1962年10月，这套设备能够接收太阳过中天的信号及月球回波；纽约州伊萨卡附近的另一面天线也接收了月球反射信号。1963年11月1日举行落成典礼，此时观测站由康奈尔依空军合同管理，戈登任主任。
早期运行暴露了馈源问题
大碟投入使用后，430兆赫雷达很快探测到电离层非相干散射。但第一套方形截面的线状馈源表现不如预期：孔径效率约为22%，意味着巨大的反射面没有充分转化为有效接收能力。落成标志着观测条件建立，仪器调试仍需继续。
电离层研究也形成了人才培养路径。1965年，H. C. 卡尔森完成了第一篇使用阿雷西博非相干散射雷达的博士论文，随后有其他研究生接续开展工作。改进馈源成为长期任务，1972年安装的新式圆极化430兆赫馈源才明显改善性能；1974年的大规模升级又更新了碟面，拓展了仪器能力。
参考：[1]
雷达改变水星自转的认识
行星雷达很早便成为观测站的重要工作。戈登·佩滕吉尔与罗尔夫·戴斯在1965年研究水星回波。佩滕吉尔当年的报告说明，团队发射约0.5毫秒的短脉冲，按回波延迟分辨行星表面不同区域，再分析频率变化，由此估计自转。
他们得到的恒星自转周期约为59±5天，不支持当时沿用的88天同步自转解释。报告保留了误差范围，并指出可在水星轨道的另一位置重复测量。当时结果尚未获得所有其他雷达研究者确认，因此方法说明和后续复测，与宣布新数值同样重要。
参考：[3]
观测数据进入合作网络
阿雷西博的运行依靠跨机构合作。康奈尔与悉尼大学于1964年签署师生交流安排；佩滕吉尔此前在麻省理工学院林肯实验室工作的经历，则把软件、处理方法和行星历表研究带到新台站。康奈尔及麻省理工学院的研究生利用这里的数据完成论文。
普通行星历表的精度不足以满足雷达要求，阿雷西博便向林肯实验室提供观测资料，参与改进行星位置预测。自1965年起，另有美国国家航空航天局资助的月球雷达工作，为阿波罗着陆区研究提供资料。1969年10月1日，美国国家科学基金会接手经费和管理监督，台站由早期军事机构支持的建设项目，继续发展为多学科共用观测设施。