大體從公元前27~前22世紀，埃及人不僅認識了北極星和圍繞北極星鏇轉而永不落入地平線的拱極星，還熟悉了牡羊、獵戶、天蠍等星座，並根據星座的出沒來確定曆法，最著名的例子是關於全天最亮星、大犬座天狼星的出沒。
從長期的實踐中，埃及人發現，若天狼星於日出前不久在東方地平線上開始出現，即所謂的“偕日升”，再過兩個月，尼羅河就泛濫了。尼羅河是古埃及人的命根子，它定期泛濫既能帶來農耕迫切需要的水和肥沃的淤泥，也為廣大地區和人民帶來洪澇災害。每年的6月，尼羅河洪水泛濫，使埃及人產生了“季節”的概念。河水泛濫時期叫做洪水季，此外還有冬季和夏季。與季節相聯繫的是，在不同的季節，出現在東方天空的星辰也是不一樣的。久而久之，古埃及人就發現了星辰更替與季節變化的對應關係了，進行了長期的觀察和研究，把原先一年360日，改正為一年365日。這就是現今陽曆的來源。
古埃及人還運用正確的天文知識，在沙漠上建築起碩大無朋的金字塔。耐人尋味的是，金字塔的四面都正確地指向東南西北。在沒有羅盤的四五千年前的古代，方位能夠定的這樣準確，無疑是使用了天文測量的方法，這也許是利用當時的北極星——天龍座α星來定向的吧！他們首先利用當時的北極星確定金字塔的正北方向，其它三個方向也就不難確定了。
（2）古印度人的時空觀
古印度人不停頓地觀察太陽的運動，以太陽的視運動為依據，把一年定為360天，又以月亮的圓缺變化為依據，把一個月定為30天，以此編制曆法。實際上，月亮運行一周不足30天，所以有的月份實際上不足30天，印度人稱為消失一個星期，大約一年要消失5個日期，但習慣上仍然稱一年為360天。將一年中分為春、熱、雨、秋、寒、冬六個季節，還有一種分法是將一年分為冬、夏、雨三季。對於空間，古印度人有奇異的看法，他們認為在人類居住的世界之上，還有其它空間，這種時空觀是壯大的，但卻不現實。
(3)發明星座的迦勒底人
世界古代文明的另一個搖籃就是幼發拉底河和底格拉斯河流域。在古代這兩河流域地區大約相當於現在的伊拉克共和國，希臘文為“美索不達米亞”，其意思是兩河之間的地方。遠在公元前3000年前，迦勒底人就從東部山嶽地帶來到兩河流域，並在那裡建立了國家。
迦勒底人把星星稱為“天上的羊”，把行星稱為“隨年的羊”，天上的“羊群”是隨季節而變化的，迦勒底人注意到了這一點。長期的星象觀察，使迦勒底人對天體運動有豐富多彩的發現，知道“日食每18年重複出現一次”，對於月亮和行星，迦勒底人也有很多正確的發現，但是對人類最重要的貢獻還是創造了星座的劃分。他們把天上顯著的亮星，用想像的虛線連結起來，描繪出各種動物和人的形象，並且用一定的名稱稱呼它們。這就是現今星座的由來。牡羊、金牛、雙子、巨蟹、獅子、室女、天秤、天蠍、人馬、摩羯、寶瓶、雙魚這12個星座，是世界上最初誕生的星座。美索不達米亞的文化被認為是西方文化的源泉，它的天文學被認為是西方天文學的鼻祖，因此，迦勒底人的星象天文學一向為人們所重視。
（4）古希臘的天文學
歐洲人稱古代希臘文化為“古典文化”。古代希臘天文學是當時歷史條件下的產物，它總結了許多世代以來天象觀測的結果，概括了古代人們對天體運動的認識，並力圖建立一個統一的宇宙模型去解釋天體的複雜運動，這種嘗試在人類進步史上，是有一定積極意義的。
泰勒斯(Thales of Miletus)（前640~前560年）是第一個希臘著名自然哲學家，到美索不達米亞學到了天文學。他推測地球是一個球體，認為構成宇宙的基本物質是水，據說，他曾經預言了公元前585年所發生的一次日食。把泰勒斯的宇宙觀延伸並發揚光大的是他的門生阿那克西曼德（公元前611~前547年）。他認為天空是圍繞著北極星鏇轉的，因此天空可見的穹窿是一個完整的球體的一半，扁平圓盤狀的大地就處在這個球體的中心，在大地的周圍環繞著空氣天、恆星天、月亮天、行星天和太陽天。阿那克西曼德是有史以來第一個認為宇宙不是平面形或者半球形，而是球形的。
數學家畢達哥拉斯(Pythagoras)（公元前560~前490年），他認為數本身、數與數之間的關係構成宇宙的基礎。他主張地圓說，並且是人類科技史上第一個主張“太陽、月亮、行星遵循著和恆星不同的路徑運行”的人。
另一位偉大的學者德謨克利特（公元前460~前370前）提出了原子學說，認為萬物都是由原子組成的，原子是不可分割的最小微粒，太陽、月亮、地球以及一切天體，都是由於原子渦動而產生的。這是樸素的天體演化的思想。他還推測出太陽遠比地球龐大，月亮本身並不發光，靠反射的太陽才顯得明亮，銀河是眾多恆星集合而成的。
希臘天文學家托勒玫 (Ptolemy) 出版他的著作《天文學大成》，提出完整的“地心說”。在整箇中世紀這本書被人們奉為天文學知識的經典著作。他指出：日、月、五大行星都在繞地球的偏心圓軌道上運轉，並且各有其軌道層次。
中國是世界上天文學起步最早、發展最快的國家之一，天文學也是我國古代最發達的四門自然科學之一，其他包括農學、醫學和數學，天文學方面屢有革新的優良曆法、令人驚羨的發明創造、卓有見識的宇宙觀等，在世界天文學發展史上，無不占據重要的地位。
我國古代天文學從原始社會就開始萌芽了。公元前24世紀的帝堯時代，就設立了專職的天文官，專門從事“觀象授時”。早在仰韶文化時期，人們就描繪了光芒四射的太陽形象，進而對太陽上的變化也屢有記載，描繪出太陽邊緣有大小如同彈丸、成傾斜形狀的太陽黑子。
公元16世紀前，天文學在歐洲的發展一直很緩慢，在從2世紀到16世紀的1000多年中，更是幾乎處於停滯狀態。在此期間，我國天文學得到了穩步的發展，取得了輝煌的成就。我國古代天文學的成就大體可歸納為三個方面，即：天象觀察、儀器製作和編訂曆法。
我國最早的天象觀察，可以追溯到好幾千年以前。無論是對太陽、月亮、行星、彗星、新星、恆星，以及日食和月食、太陽黑子、日珥、流星雨等罕見天象，都有著悠久而豐富的記載，觀察仔細、記錄精確、描述詳盡、其水平之高，達到使今人驚訝的程度，這些記載至今仍具有很高的科學價值。在我國河南安陽出土的殷墟甲骨文中，已有豐富的天文象現的記載。這表明遠在公元前14世紀時，我們祖先的天文學已很發達了。舉世公認，我國有世界上最早最完整的天象記載。我國是歐洲文藝復興以前天文現象最精確的觀測者和記錄的最好保存者。
我國古代在創製天文儀器方面，也作出了傑出的貢獻，創造性地設計和製造了許多種精巧的觀察和測量儀器。我國最古老、最簡單的天文儀器是土圭，也叫圭表。它是用來度量日影長短的，它最初是從什麼時候開始有的，已無從考證。
此外，西漢的落下閎改制了渾儀，這種我國古代測量天體位置的主要儀器，幾乎歷代都有改進。東漢的張衡創製了世界上第一架利用水利作為動力的渾象。元代的郭守敬先後創製和改進了10多種天文儀器，如簡儀、高表、仰儀等。
世界天文史學界公認，我國對哈雷彗星觀測記錄久遠、詳盡，無哪個國家可比。我國公元前240年的彗星記載，被認為是世界上最早的哈雷彗星記錄從那時起到1986年，哈雷彗星共回歸了30次，我國都有記錄。1973年，我國考古工作者在湖南長沙馬王堆的一座漢朝古墓內發現了一幅精緻的彗星圖，圖上除彗星之外，還繪有雲、氣、月掩星和恆星。天文史學家對這幅古圖做了考釋研究後，稱之為《天文氣象雜占》，認為這是迄今發現的世界上最古老的彗星圖。早在2000多年前的先秦時期，我們的祖先就已經對各種形態的彗星進行了認真的觀測，不僅畫出了三尾彗、四尾彗，還似乎窺視到今天用大望遠鏡也很難見到的彗核，這足以說明中國古代的天象觀測是何等的精細入微。
古人勤奮觀察日月星辰的位置及其變化，主要目的是通過觀察這類天象，掌握他們的規律性，用來確定四季，編制曆法，為生產和生活服務。我國古代曆法不僅包括節氣的推算、每月的日數的分配、月和閏月的安排等，還包括許多天文學的內容，如日月食發生時刻和可見情況的計算和預報，五大行星位置的推算和預報等。一方面說明我國古代對天文學和天文現象的重視，同時，這類天文現象也是用來驗證曆法準確性的重要手段之一。測定回歸年的長度是曆法的基礎??連續兩次冬至的時刻，它們之間的時間間隔，就是一個回歸年。
根據觀測結果，我國古代上百次地改進了曆法。郭守敬於公元1280年編訂的《授時曆》來說，通過三年多的兩百次測量，經過計算，採用365.2425日作為一個回歸年的長度。這個數值與現今世界上通用的公曆值相同，而在六七百年前，郭守敬能夠測算得那么精密，實在是很了不起，比歐洲的格里高列歷早了300年。
我國的祖先還生活在茹毛飲血的時代時，就已經懂得按照大自然安排的“作息時間表”，“日出而作，日入而息”。太陽周而復始的東升西落運動，使人類形成了最基本的時間概念--“日”，產生了“天”這個最基本的時間單位。大約在商代，古人已經有了黎明、清晨、中午、午後、下午、黃昏和夜晚這種粗略劃分一天的時間概念。計時儀器漏壺發明後，人們通常採用將一天的時間劃分為一百刻的做法，夏至前後，“晝長六十刻，夜短四十刻”；冬至前後，“晝短四十刻，夜長六十科”；春分、秋分前後，則晝夜各五十刻。儘管白天、黑夜的長短不一樣，但晝夜的總長是不變的，都是每天一百刻。
包括天文學在內的現代自然科學的極大發展，最早是從歐洲的文藝復興時期開始的。文藝復興時期大致從14世紀到16世紀，大體相當於我國明初到萬曆年間。我國天文史學家認為，這200年間，我國天文學的主要進展至少可以列舉以下幾項：翻譯阿拉伯和歐洲的天文學事記；從公元1405-1432年的20多年間，鄭和率領艦隊幾次出國，船隻在遠洋航行中利用“牽星術”定向定位，為發展航海天文學作出了貢獻；對一些特殊天象作了比較仔細的觀察，譬如，1572年的“閣道客星”和1604年的“尾分客星”，這是兩顆難得的超新星。
我國古代觀測天象的台址名稱很多，如靈台、瞻星台、司天台、觀星台和觀象台等。現今保存最完好的就是河南登封觀星台和北京古觀象台。
我國還有不少太陽黑子記錄，如公元前約140年成書的《淮南子》中說：“日中有踆烏。”公元前165年的一次記載中說：“日中有王字。”戰國時期的一次記錄描述為“日中有立人之像”。更早的觀察和記錄，可以上溯到甲骨文字中有關太陽黑子的記載，離現在已有3000多年。從公元前28年到明代末年的1600多年當中，我國共有100多次翔實可靠的太陽黑子記錄，這些記錄不僅有確切日期，而且對黑子的形狀、大小、位置乃至分裂、變化等，也都有很詳細和認真的描述。這是我國和世界人民一份十分寶貴的科學遺產，對研究太陽物理和太陽的活動規律，以及地球上的氣候變遷等，是極為珍貴的歷史資料，有著重要的參考價值。
世界天文史學界公認，我國對哈雷彗星觀測記錄久遠、詳盡，無哪個國家可比。《史記·秦始皇本紀》記載的秦始皇七年（公元前240年）的彗星，各國學者認為這是世界上最早的哈雷彗星記錄。從那時起到1986年，哈雷彗星共回歸了30次，我國史籍和地方志中都有記錄。實際上，我國還有更早的哈雷彗星記錄。我國已故著名天文學家張鈺哲在晚年考證了《淮南子·兵略訓》中“武王伐紂，東面而迎歲，……彗星出而授殷人其柄”這段文字，認為當時出現的這顆彗星也是哈雷彗星。他計算了近四千年哈雷彗星的軌道，並從其他相互印證的史料中肯定了武五伐紂的確切年代應為公元前1056年，這樣又把我國哈雷彗星的最早記錄的年代往前推了800多年。
我國古代對著名的流星雨，如天琴座、英仙座、獅子座等流星雨，各有好多次記錄，光是天琴座流星雨至少就有10次，英仙座的至少也有12次。獅子座流星雨由於1833年的盛大“表演”而特別出名。從公元902～1833年，我國以及歐洲和阿拉伯等國家，總共記錄了13次獅子座流星雨的出現，其中我國占7次，最早的一次是在公元931年10月21日，是世界上的第二次紀事。從公元前7世紀算起，我國古代至少有180次以上的這類流星雨紀事。
