SDSS utilise un télescope optique dédié de 2,5 mètres de diamètre, et prend des images à travers cinq filtres différents (nommés u, g, r, i et z). Ces images sont analysées pour produire une liste des objets observés ainsi que divers paramètres, comme la magnitude apparente, absolue, leur type...
Ces données permettent également de sélectionner des cibles pour des mesures spectroscopiques. Lors d'une observation spectroscopique on sélectionne une région du ciel qui va être observée par une plaque spectroscopique. Sur cette plaque sont disposées à la main, 640 firles optiques. À chaque fibre on associe un objet dans le ciel. Chaque objet ayant une priorité différente : les QSO (quasars) sont les priorités numéro 1, ensuite viennent les galaxies et les LRGs (Luminous Red Galaxies), principalement. Le télescope est donc capable d'enregistrer à tout instant 640 spectres différents. Dans la pratique seules 592 fibres sont allouées aux objets, les 48 restantes sont utilisées pour l'étalonnage des spectres.
Il est donc possible en une nuit de gérer plusieurs milliers d'objets. Une fois l'observation terminée, les informations collectée seront analysées via un large panel de logiciels afin d'en obtenir des mesures photométriques et spectroscopiques