Descubierta por Charles Messier en 1778.

M54 es un cúmulo globular muy evidente, aunque Charles Messier, quien lo descubrió el 24 de Julio de 1778, lo describe como 'muy débil' desde su localización en París (Kenneth Glyn Jones erróneamente tradujo la descripción de Messier como “nebulosa muy brillante”, y este error se mantuvo en la Guía del Observador del Cielo Nocturno de Kepple y Sanner). William Herschel logró resolver sus regiones externas en estrellas de magnitudes 15 y algunas de 14. No es fácil de resolver, sin embargo.

Como indica su clase III de concentración, este cúmulo es relativamente concentrado. Su núcleo brillante tiene sólo 2,1’ de diámetro, con un núcleo intenso aproximadamente de 1’, mientras que los bordes alcanzan hasta 6’ en fotos, o incluso hasta 9,1’ con largas exposiciones. La segunda edición de Uranometria 2000.0 incluso da un diámetro de 12,0 minutos de arco. La magnitud aparente de las estrellas más brillantes del cúmulo es alrededor de 15,5, y las de la rama horizontal tienen magnitud de 17,7. El tipo espectral global fue determinado por Helen Sawyer Hogg como F7 y el índice de color como +0,01. Se está alejando de nosotros a unos 142 km/s.

M54 tiene al menos 82 variables conocidas, la mayoría de ellas, 55, del tipo RR Lyrae, pero hay también dos rojas semi-regulares con periodos de 77 y 101 días.

Su distancia, durante muchos años, se estimaba en 50-65.000 años luz. Sin embargo, en 1994, se hizo el excitante descubrimiento de que M54 probablemente no era un miembro de nuestra Vía Láctea después de todo, ¡sino parte de una galaxia enana recientemente descubierta! Esta galaxia es ahora denominada SagDEG, Galaxia Elíptica Enana de Sagitario, y es uno de los miembros más recientemente descubiertos del Grupo Local de galaxias.

M54 coincide con una de las dos mayores concentraciones de la galaxia SagDEG, y se aleja de nosotros a una velocidad muy similar (unos 130 km/seg). Esto hace posible que probablemente M54 esté dentro de esta galaxia, para la cual se ha estimado una distancia de 80-90.000 años luz; una estimación reciente para M54 ha dado 87.400 años luz. A esa distancia, M54 debe de ser uno de los cúmulos globulares más luminosos que se conocen con una magnitud visual absoluta M_v de -10,01, una luminosidad de unos 850.000 soles como el nuestro, y superado sólo por la espectacular Omega Centauri en nuestra Vía Láctea. También, su diámetro ha resultado ser tan grande como 300 años luz. Está cerca del triple de la distancia de sus aparentes vecinos, M69 y M70. Y lo que es quizás más interesante, puede que M54 sea el primer cúmulo globular extragaláctico descubierto, por Charles Messier el 24 de Julio de 1778, y de esta forma se añade una primicia extra a la lista de fama de Messier.

M54 es fácil de localizar y está cercano a Zeta Sagittarii, la estrella más al sur del “cucharón” de Sagitario, asterismo de 4 o 5 estrellas (también llamado el “Cucharón de Leche” y parte de la 'Tetera'), propiamente a 0,5 grados sur y 1,5 grados oeste.
Este cúmulo globular es brillante pero pequeño por lo que puede ser pasado por alto con binoculares pequeños o telescopios de búsqueda (es decir confundido con una estrella). Por su gran distancia, este cúmulo globular es difícil de resolver. Binoculares y telescopios pequeños lo muestran como un objeto redondo y nebuloso de bordes borrosos. Uno de 10 cm (4 pulgadas) muestra una textura abigarrada, bajo buenas condiciones con nudos de apariencia estelar, lo que John Mallas reportó como “sugerencias de estrellas”. Permanece sin resolver incluso en grandes telescopios de aficionados, mostrando solo textura abigarrada; Kenneth Glyn Jones lo describe como más parecido a una nebulosa planetaria a primera vista.