Memasuki dekade 1980-an, dinamika umum dalam khasanah falakiyah di Indonesia menyeruakkan pentingnya ada entitas khusus dalam tubuh Nahdlatul ‘Ulama yang menangani aspek-aspek falakiyah. Kebutuhan tersebut kian terasa pada saat terselenggaranya Muktamar Situbondo 1984 yang berlangsung di Pondok Pesantren Salafiyah Syafiiyah, Asembagus, Situbondo (Jawa Timur). Muktamar tersebut menghasilkan berbagai putusan, salah satunya terkait penetapan awal Ramadhan, awal Syawwal dan awal Zulhijjah yang wajib berdasarkan rukyatul hilal. Jika hilal tak terlihat maka diputuskan untuk istikmal. Putusan tersebut diperkuat lagi oleh Munas Alim Ulama Cilacap yang berlangsung di Pondok Pesantren Kesugihan, Cilacap (Jawa Tengah).

Dalam dua bulan pasca Muktamar Situbondo, kebutuhan tersebut akhirnya diwujudkan dengan pembentukan sebuah lajnah sebagai pelaksana program Nahdlatul ‘Ulama yang memerlukan penanganan khusus. Lajnah tersebut bernama Lajnah Falakiyah Nahdlatul ‘Ulama (disingkat LFNU), yang diresmikan oleh KH Radli Soleh (Wakil Rois Aam PBNU 1984-1989) pada 26 Januari 1985. KH Radli Soleh sendiri merupakan pengajar ilmu falak pada Pondok Pesantren al Munawwir Krapyak, Bantul (DI Yogyakarta). Sehingga menaruh perhatian besar akan pentingnya sebuah Lajnah Falakiyah.

Program pokok Lajnah Falakiyah meliputi :

1. Kajian keagamaan yang menyangkut masalah falakiyah

2. Pendidikan dan pelayanan informasi falakiyah

3. Penerbitan almanak NU

Kepemimpinan Lajnah Falakiyah dipegang oleh KH Mahfudz Anwar, pengasuh Pondok Pesantren   al-Mahfudz Tebuireng, Jombang (Jawa Timur) sebagai ketua. Beliau didampingi  Drs. KH Ghozalie Masroeri (saat itu Katib PBNU) yang menjabat wakil ketua. KH Mahfudz Anwar menangani aspek hisab, sementara KH Ghozalie Masroeri pada aspek rukyat.

Pasca Muktamar Krapyak 1989 yang berlangsung di Pondok Pesantren al-Munawwir Krapyak, berlangsung perubahan kepemimpinan Lajnah Falakiyah. KH Irfan Zidni, MA menjadi ketua sementara wakil ketua tetap dipegang oleh Drs KH Ghozalie Masroeri. Baik KH Irfan Zidni maupun Drs KH Ghozalie Masroeri pada saat itu juga menjabat sebagai A’wan PBNU.

Pada periode ini mulai terbentuk penyerasian hisab. Generasi awal dari ulama falak yang berpartisipasi dalam penyerasian hisab saat itu misalnya KH Slamet Hambali (Jawa Tengah) dan KH Abdus Salam Nawawi (Jawa Timur). Di kemudian hari kegiatan penyerasian hisab kian berkembang menjadi penyerasian nasional.  Aktivitas tersebut pada akhirnya diadopsi oleh Kementerian Agama (saat itu Departemen Agama) dan dijadikan sebagai role-model bagi kegiatan sejenis.

Periode ini juga diwarnai dengan sejumlah peristiwa penting. Salah satunya terjadi sejumlah perbedaan dalam penentuan Idul Fitri antara Nahdlatul ‘Ulama dengan Kementerian Agama (sebagai representasi pemerintah). Misalnya pada tahun 1412 H (1992), dimana Nahdlatul ‘Ulama memutuskan 1 Syawwal 1412 H bertepatan dengan Sabtu 4 April 1992 atas dasar terukyatnya hilal dari Cakung (DKI Jakarta). Sementara Menteri Agama memutuskan 1 Syawwal menurut pemerintah adalah sehari berikutnya, yakni Minggu 5 April 1992.

Perbedaan serupa terjadi juga pada tahun berikutnya. Nahdlatul ‘Ulama memutuskan 1 Syawwal 1413 H bertepatan dengan Rabu 24 Maret 1993, sementara Menteri Agama memutuskan terjadi sehari kemudian (Kamis 25 Maret 1993). Demikian halnya di tahun 1414 H saat Nahdlatul ‘Ulama memutuskan 1 Syawwal jatuh pada Minggu 13 Maret 1994 dengan Menteri Agama memutuskan terjadi pada satu hari berikutnya.

Perbedaan serupa juga pernah terjadi pada penentuan Idul Adha. Misalnya pada tahun 1420 H (2000), Nahdlatul ‘Ulama menetapkan Idul Adha bertepatan dengan Jumat 17 Maret 2000, atas dasar istikmal setelah hilal tak terlihat pada saat rukyat hilal digelar pada Senin 6 Maret 2000. Sementara Menteri Agama memutuskan Idul Adha terjadi jatuh pada sehari sebelumnya (Kamis 16 Maret 2000) atas dasar telah terpenuhinya hisab kriteria imkan rukyat pada hari dimana rukyat diselenggarakan. Perbedaan terakhir tersebut unik karena Presiden dan Menteri Agama saat itu, masing-masing KH Abdurrahman Wahid dan KH Tolchah Hasan, adalah tokoh-tokoh Nahdlatul ‘Ulama.

Pasca Muktamar Lirboyo 1999, kepemimpinan Lajnah Falakiyah dipegang oleh Drs KH Ghozalie Masroeri hingga sekarang. Pada Muktanar Jombang 2015, diputuskan bahwa seluruh Lajnah dinamakan ulang menjadi Lembaga dan berada di bawah naungan Tanfidziyah PBNU. Sehingga nama Lajnah Falakiyah pun berubah menjadi Lembaga Falakiyah.

Aktivitas yang digelar makin banyak dan beragam. Misalnya dalam bentuk penyelenggaraan Diklatnas (pendidikan dan latihan dasar tingkat nasional) Hisab Rukyat LFNU, yang digelar secara berturut-turut pada tahun 2001 (Cirebon), 2002 (Jepara) dan 2006 (Semarang). Diklatnas ini bertujuan untuk membentuk dan melatih kader-kader muda di bidang falakiyah, baik laki-laki maupun perempuan. Salah satu alumni Diklatnas 2001 tercatat sebagai generasi terawal kader falak perempuan, yakni Ulya Faruqiyyah, yang menelurkan namanya saat mengukur ulang kembali arah kiblat bagi Masjid Uswatun Hasanah di Bintaro, Tangerang Selatan (Banten).

Selain Diklatnas, juga digelar Silatnas (Silaturahmi Nasional) LFNU sebagai ajang pertemuan dan silaturahmi antar kader falak LFNU dan membahas aneka ragam masalah dalam ranah falakiyah. Telah terselenggara dua kali kegiatan Silatnas, masing-masing pada tahun 2007 (Brebes) dan  2010 (Makassar). Kegiatan Penyerasian Hisab Nasional juga terus diselenggarakan secara rutin, dengan tujuan untuk membentuk data yang akan digunakan membangun Almanak NU bagi tahun-tahun tertentu. Kegiatan ini  mengambil tempat berpindah-pindah mulai dari Surakarta, Bandungan Semarang, Gresik hingga yang terakhir (2016) di Jepara.

Catatan menonjol lainnya pada era ini adalah mulai digelarnya identifikasi dan pendataan tempat-tempat rukyat yang dikelola LFNU. Hingga saat ini telah terdata sekitar 120 titik rukyat LFNU, yang tersebar di pulau-pulau Jawa, Sumatra, Sulawesi, Halmahera serta kepulauan Bali dan Nusa Tenggara. Era ini juga ditandai dengan pembangunan observatorium bergerak khas Nahdlatul ‘Ulama yang dinamakan NUMO (Nahdlatul ‘Ulama Mobile Observatory). Kendaraan ini menjadikan Lembaga Falakiyah sebagai salah satu organisasi astronomi terawal yang memiliki fasilitas tersebut.