Descubierta por Johann Elert Bode en 1774.

M81 es una de las galaxias más recompensadoras y fáciles de observar para el astrónomo aficionado en el hemisferio Norte, porque con su luminosidad total de 6,8 magnitudes puede hallarse con instrumentos pequeños. Brian Skiff del Observatorio Lowell informa que pudo ver a M81 a simple vista bajo condiciones de visión excepcionalmente buenas (es decir, cielo oscuro sin nubes), y ¡es al menos el cuarto observador que ha reportado semejante logro!

La galaxia M81 de marcado diseño espiral forma un par físico muy evidente con su vecina, M82, y la más brillante de ambas es probablemente la galaxia dominante de un grupo cercano llamado grupo M81. Hace unas pocas decenas de millones de años, lo que es casi reciente en la escala de tiempo cósmica, tuvo lugar un encuentro cercano entre las galaxias M81 y M82. Durante este evento, la mayor y más masiva M81 ha deformado dramáticamente a M82 por la interacción gravitacional. El encuentro también ha dejado marcas en el patrón espiral de la galaxia M81, la mayor y más brillante. La primera ha quedado más alargada, y la segunda muestra una línea oscura en el lado inferior izquierdo de la región nuclear. Las galaxias aún permanecen juntas, sus centros separados por una distancia lineal de sólo 150 000 años luz.

M81 es el primero de los cuatro objetos originalmente descubiertos por Johann Elert Bode, quien la halló, junto con su vecina M82, el 31 de Diciembre de 1774. Bode la describió como una “mancha nebulosa”, a unos 0,75 grados de M82, “aparece mayormente redonda y tiene un denso núcleo en el medio”, y la incluyó con el Nº 17 en su lista. Pierre Méchain de forma independiente redescubrió ambas galaxias como manchas nebulosas en Agosto de 1779 e informó de ellas a Charles Messier, quien las añadió a su catálogo después de medir su posición el 9 de Febrero de 1781.

Usando el Telescopio Espacial Hubble, (HST) un equipo bajo Wendy Freedman del Instituto Carnegie de Washington ha investigado 32 variables Cefeidas en M81 y determinado la distancia en 11,0 millones de años luz, en 1993 bastante antes de que el HST fuera retocado. Considerando las correcciones de la nueva escala de distancias que implican los resultados del satélite Hipparcos de la ESA, la distancia correcta de M81 es probablemente cercana a los 12,0 millones de años luz. Vea el trabajo del Equipo del Proyecto Clave H0 sobre M81 (artículos 1 y 2, 1994).

El Domingo 28 de Marzo de 1993 una supernova tipo II (1993J) tuvo lugar en M81, que fue descubierta por el astrónomo español aficionado Francisco García Díaz desde Lugo (España), y alcanzó una magnitud aparente de 10,5 en su máximo. El remanente de esta supernova ha sido captado en ondas de radio de 3,6 cm de longitud de onda entre aproximadamente seis a 18 meses después de la explosión, con un Interferómetro de Línea Base Muy Larga (Very Long Baseline Interferometer, VLBI) disposición de radiotelescopios en Europa y Norteamérica.

Unas investigaciones llevadas a cabo en 1994 han indicado que probablemente M81 tenga poca materia oscura, ya que se ha hallado que su curva de rotación decae rápidamente en las regiones externas; esto contrasta con muchas galaxias, incluyendo a nuestra Vía Láctea, para las que la curva de rotación se incrementa hacia afuera. Para explicar la velocidad de las estrellas en esas regiones, la galaxia ha de tener una cierta cantidad de masa. Sin embargo, la masa total observada en la materia luminosa – estrellas y nebulosas – es típicamente insuficiente para explicar este comportamiento; de ahí que se asuma que hay una parte significativa de la masa de las galaxias en forma no luminosa, materia oscura (o al menos materia de baja luminosidad). Para M81, el porcentaje de materia oscura actualmente estimado es inferior a la media.

En 1995, Perelmuter y Racine exploraron la región que rodea a M81 buscando cúmulos globulares, y hallaron unos 70 objetos candidatos para el sistema de cúmulos globulares de M81 (Perelmuter y Racine, 1995). Ellos estiman que la población total es de 210 +/- 30 globulares.

En Diciembre de 1990, la misión de la Space Shuttle ASTRO-1 (STS-35) transportó telescopios en órbita de la Tierra, incluyendo el UIT (Telescopio de Imágenes Ultravioletas) que obtuvo imágenes de M81 (en luz ultravioleta; éstas se compararon con la imagen en luz visible, y se combinaron en una superposición interesante e informativa; se dispone de una animación [433 k MPG] que muestra la transformación de la imagen UV de M81 a la imagen visible). Previamente, la radiación UV de M81 ha sido investigada por el observatorio orbital Astronómico Soviético. Bill Keel ha ensamblado una serie de imágenes de M81 en las diferentes regiones del espectro electromagnético desde el radio hasta los rayos X.