A primeira observação direta de ondas gravitacionais foi feita em 14 de setembro de 2015 e foi anunciada pelas colaborações LIGO e Virgo em 11 de fevereiro de 2016. Anteriormente, as ondas gravitacionais eram inferidas apenas indiretamente, por meio de seu efeito no tempo dos pulsares em sistemas estelares binários. A forma de onda, detectada por ambos os observatórios LIGO, correspondeu às previsões da relatividade geral para uma onda gravitacional que emana da espiral interna e fusão de um par de buracos negros de cerca de 36 e 29 massas solares e o subsequente "toque" do único resultado preto orifício. O sinal foi nomeado GW150914 (de "Gravitational Wave" e a data de observação 2015-09-14). Foi também a primeira observação de uma fusão de buracos negros binários, demonstrando tanto a existência de sistemas binários de buracos negros de massa estelar quanto o fato de que tais fusões podem ocorrer na era atual do universo.

Esta primeira observação direta foi relatada em todo o mundo como uma realização notável por muitas razões. Esforços para provar diretamente a existência de tais ondas estavam em andamento há mais de cinquenta anos, e as ondas são tão minúsculas que o próprio Albert Einstein duvidou que elas pudessem ser detectadas. As ondas emitidas pela fusão cataclísmica de GW150914 atingiram a Terra como uma ondulação no espaço-tempo que mudou o comprimento de um braço de 4 km do LIGO por um milésimo da largura de um próton, proporcionalmente equivalente a mudar a distância até a estrela mais próxima fora do Sol. Sistema pela largura de um cabelo. A energia liberada pelo binário enquanto espiralava e se fundia era imensa, com a energia de 3,0+0,5−0,5 c2 massas solares (5,3+0,9−0,8×1047 joules ou 5300+900−800 inimigos) no total irradiado como ondas gravitacionais , atingindo uma taxa de emissão de pico em seus poucos milissegundos finais de cerca de 3,6+0,5−0,4×1049 watts – um nível maior que a potência combinada de toda a luz irradiada por todas as estrelas no universo observável. previsão da relatividade geral e corrobora suas previsões de distorção do espaço-tempo no contexto de eventos cósmicos de grande escala (conhecidos como testes de campo forte). Também foi anunciado como inaugurando uma nova era da astronomia de ondas gravitacionais, que permitirá observações de eventos astrofísicos violentos que não eram anteriormente possíveis e potencialmente permitirá a observação direta da história mais antiga do universo. Em 15 de junho de 2016, foram anunciadas mais duas detecções de ondas gravitacionais, feitas no final de 2015. Mais oito observações foram feitas em 2017, incluindo GW170817, a primeira fusão observada de estrelas de nêutrons binárias, que também foi observada na radiação eletromagnética.