Am Halensee im Grunewald errichtete er eine Außenstelle, wo sich in der Dunkelheit Fotografien des Himmels machen ließen. Um die Forschungsbedingungen zu verbessern, setzte er in den 1890er-Jahren auf den Bau eines deutlich größeren Teleskops. Das über 20 Meter lange Linsenfernrohr steht bis heute im Treptower Park.

Friedrich Archenhold übernahm die Leitung der neuen Sternwarte, die vor allem öffentlichen Himmelsbeobachtungen diente. Daneben forschte er an Sonnenflecken und Leuchtenden Nachtwolken, die in der Hochatmosphäre auftauchen und im Sommer manchmal am Nordhimmel zu sehen sind.

Mit 70 Jahren übergab er die Leitung der Sternwarte an seinen Sohn Günther. Mit der Machtergreifung der Nazis wurden die Archenholds wegen ihrer jüdischen Religionszugehörigkeit verfolgt. Schließlich mussten sie die Sternwarte verlassen.

Ein Teil der Familie emigrierte. Friedrich Archenhold starb wenige Wochen nach Beginn des Zweiten Weltkriegs im Alter von 78 Jahren. Seine Frau Alice und seine Tochter Hilda wurden ins Konzentrationslager Theresienstadt deportiert und dort ermordet.

Seit gut zehn Jahren gibt es in Berlin-Niederschöneweide den Alice-Archenhold-Weg – nur wenige Kilometer entfernt von der Archenhold-Sternwarte, wie das Lebenswerk der Familie seit langem heißt.