天文学是人类最早发展起来的自然科学之一，我国的天文学历史悠久，成就举世瞩目。早在夏代，我们的先祖已经很重视天象的观察，“观象授时”成为一种国政。据战国时期的史书《尚书·夏书》记载，夏代仲康时期，负责观测天象的官员羲和失职，没能及时预告日食，以至当这次日食现象出现时，人们不知发生了什么怪异的事变，惊慌失措，乱成一团。这次日食的记录，是我国也是世界上最早的日食记录。历法与天文学相应而生。它不仅包括年、月、日、时、节气的安排，还包括日、月、行星运动，以及交食、晷影、漏刻、恒星出没、天空分区等。
我国最古老的历书相传是夏代的《夏小正》，其中记载有人们由观察天象和物候决定农时季节的知识。它原是被西汉末礼学家戴德收载于《大戴礼记》中的一篇，后来单独成册流传。
据考证，《夏小正》正文只有400多字。就天文知识来说，它按12个月的顺序记述了每月的星象，如早晨和黄昏出现在南方的星星，北斗柄的指向，银河在天空的位置，太阳到了恒星间什么地方等。
此外，《夏小正》还有每月的气象、物候以及应该做的农事和政治活动。例如：
正月，启蛰……鞠则见，初昏参中，斗柄悬在下。
这里“鞠”和“参”都是星名，“斗柄”就是北斗七星组成勺子形的把子。根据《夏小正》书中反映的天象等情况，说明我国确有更早时代的资料。
另据《春秋》一书记载：
鲁文公十四年秋七月，有星孛入于北斗。
这里说的“星孛”，就是著名的哈雷彗星，“鲁文公十四年”是公元前613年。这次彗星的记录，是我国也是世界上最早的彗星记录。我国春秋时期的史书《左传》一书也记载：
鲁庄公七年夏四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨。
“鲁庄公七年”是公元前687年，这次流星雨的记录，是我国也是世界上关于流星雨最早的详细可靠的记录。春秋战国时期，随着生产的发展，天文学也有很多成就，出现了甘德和石申这样著名的取得了卓越成就的天文学家。
甘德，又称甘公，战国时期的齐国人；石申，又称石申夫或石申父，战国时期的魏国人。他们系统地观察了金、木、水、火、土五大行星的运行，初步掌握了这些行星的运行规律，记录了800个恒星的名字，其中测定了121颗恒星的方位。甘德写有《天文星占》8卷，石申写有《天文》8卷，后人把这两部著作合为一部，称《甘石星经》。
《甘石星经》是我国也是世界上最早的一部天文学著作，可是它在宋代以后就失传了，后世只能从唐代的天文学书籍《开元占经》里见到它的一些片断摘录。后世许多天文学家在测量日、月、行星的位置和运动时，都要用到《甘石星经》中的一些数据，因此，《甘石星经》在我国和世界天文学史上都占有重要地位。
此后，我国天文历法学不断发展、完善，出现了许多著作。自汉代起，就有完整系统的历法著作留传后世，成为研究我国天文、历法的资料宝库。
公元前366年，秦献公时的《颛顼历》是“古六历”的一种，属于阴阳历，至秦始皇一统天下后遍行。该历采用19年7闰法，一回归年为365又四分之一日，所以是一种“四分历”，以十月为岁首，闰月放在九月之后，称后九月。
西汉初年，沿用秦代的《颛顼历》，但又发现《颛顼历》有误差。公元前104年，经史学家司马迁等人提议，汉武帝下令改定历法，并责成邓平、唐都、落下闳等人议造汉历，公元前203年历成。这一年改年号为太初并颁布实施这套汉历，因此后人称此历为《太初历》。
《太初历》规定一年等于365.2502日，一月等于29.53086日；以“加差法”替代之前的“减差法”，以调整时差；将原来以十月为岁首改为以正月为岁首；开始采用有利于农时的二十四节气；以没有中气的月份为闰月，调整了太阳周天与阴历纪月不相合的矛盾。这是我国历法史上一个划时代的进步。
《太初历》还根据天象实测和多年来史官的记录，得出135个月的日食周期。《太初历》不仅是我国第一部比较完整的历法，也是当时世界上最先进的历法，它问世以后，一共行用了189年。
西汉时期，还有刘歆将《太初历》稍加修改而成的《三统历》，是我国历史上最早的一部完整历法，后世历法的基本内容这时大体都已具备。
《三统历》共有7节：《统母》、《统术》、《纪母》、《纪术》、《五步》、《岁术》和《世经》。《统母》和《统术》主要讲日月运动的基本常数和推算方法，包括回归年、朔望月长度、一年的月数、交食周期、计算朔日和节气的方法等；《纪母》、《纪术》和《五步》讲行星的基本常数和推算方法，包括五大行星的会合周期、运行动态、出没规律、预告行星位置等；《岁术》讲星岁纪年的推算方法；《世经》讲考古年代学。
《三统历》还明确规定，以无中气的月份置闰，并选取一个“上元”作为历法的起算点。《三统历》的这些内容，对后代历法影响极大。
东汉时期，天文学家刘洪于206年著成《乾象历》，对月亮运动的研究有了新进展，首次提出月亮近地点的移动，从而算出近点月长度，并在一近点月里逐日编出月离表；首次提出黄白交角是6度；首次提出交食计算中推算食限的方法，这些都对后代历法影响很大。
《五星占》是长沙马王堆汉墓中的一份帛书，大约写于汉文帝时期，专讲五大行星运动和一些天文知识，共有9部分，8000字。书中对五大行星运动有详细的描述，成为后代历法中“步五星”工作的先驱。
《五星占》对金星、土星的会合周期定得比较准确，对公元前246年到公元前177年70年间木、土、金三星的动态有逐年的记载，这是研究古代行星问题的一份重要资料。
汉代还有两本重要的天文著作，就是《天官书》和《周髀算经》。《天官书》是司马迁《史记》中的一篇，可算是当时有关天文知识的总结。尤其是恒星部分记录了当时所认识到的全天恒星，共90多组名称，500多颗星，是关于全天恒星的最早一篇完整文献。后来许多恒星的命名都受它影响。
《天官书》内容除恒星外，还有行星、分野、日月占候、奇异天象、云气、岁星纪年、天象记录和占验等，是研究秦汉天文学乃至先秦天文学的一篇权威性文献。《史记·天官书》开创了后代史书中撰写天文志的传统。“二十四史”中有十几篇天文志，为研究我国天文学史提供了系统全面的资料。
《周髀算经》成书于西汉后期，作者不可考，是“算经十书”中的一部，名曰算书，实际上主要是一部天文学著作。书有上下两卷，重点讲述当时的一种宇宙结构学说“盖天说”，详细阐述计算天地结构、太阳视轨道大小、周天里数、北极璇玑的方法，还有圆形盖天式星图的制作等等，是有关“盖天说”的一本系统详尽的典籍。
隋代天文历法也取得了很多成就。隋文帝之子杨广征召全国的历算专家，都集中在东宫，共同商议历法的事情。刘焯也在皇太子这次征召的人员之内，这回他献上了经过几十年研究的《皇极历》。
《皇极历》考虑太阳和月亮视运动不均匀来计算日月合朔的时刻，创立了等间距二次差内插法。为了求得任意时刻的定朔改正值，又创立了任意间隔二次差内插法的公式。这在我国天文学史和数学史上都有重要地位，后代历法计算日月五星运动使用的内插法多继承《皇极历》的方法并有所发展。
唐代天文历法成就比起《皇极历》来又是一个进步。唐玄宗于727年诏天文家僧一行作《大衍历》，后经张说和陈玄景整理成文，729年颁行，使用到751年。733年传入日本，在日本使用近百年。
《大衍历》结构严谨，条理分明，共有历术7篇，讲具体计算方法。另有历议12篇，讲历法的理论问题，是一行为《大衍历》写的论文，通称《大衍历议》。
《大衍历》的制定是从制造仪器开始的，经过实际观测确定基本天文数据，这是科学的方法。经过《大衍历》的制定，对太阳月亮运动不均匀现象有了正确全面的了解。通过实际观测，破除了1000年来流传的“寸差千里”的谬说。在计算方法上，《大衍历》创不等间距二次差内插法的公式，比《皇极历》的方法进步了很多。
唐代瞿昙悉达撰的《开元占经》120卷，成书于718年到726年，所以又称《大唐开元占经》。唐以后失传，1616年，安徽歙县人程明善在古佛像腹中偶然发现，始得再次流传至今。
《开元占经》是唐以前天文星占著作大全，它把当时能见到的古代70多种天文星占书按内容分别摘录编撰，内容涉及天文星象、气候、奇异现象等各方面。天文方面有名词解释，宇宙理论，日月行星运动，二十八宿距度，甘德、石申、巫咸三家对全天恒星名称、星数、位置的描述和占验，包括有石氏的恒星星表。
由于《开元占经》的辑录，使许多古代失传了的天文星占著作的内容得以完好地保存下来，就凭这一点，《开元占经》也是一本极有价值的书。
唐代还有一本天文星占著作《乙巳占》，是李淳风所著，其中摘编了许多早已失传的古代星占著作的片断，包括天文、气象、星占，内容也很广泛。
到了元代，郭守敬于1280年作成《授时历》，次年颁行。《元史·历志》里的《授时历经》上下篇是郭守敬在王恂初稿基础上重新编定的。当时《授时历》虽已颁行，但各种数据用表、推步算法没有定稿。王恂去世后，由郭守敬一人主持完成。他“比类编次，整齐分秒，裁为二卷”。
《授时历》共有7部分，内容相似于《大衍历》，但采用等间距三次差内插法计算日月五星位置，又用弧矢割圆术和类似球面三角的方法根据太阳黄经求它的赤经赤纬，这两种方法在天文学史和数学史上都具有重要地位。
到了明代，明初刘基进《大统历》。至洪武年间的1384年，于南京鸡鸣山设观象台，令博士元统修历，仍以《大统》为名，而积分全袭元代《授时历》法数，前后共使用360多年，是古历法中行用最久的，也是在天文数据计算方面发展到高峰的一种历法。我国古典系统的历法到此为止，以后就有西方天文知识传入并影响到历法的编算。
此外，明代的《观象玩占》和《崇祯历书》颇值得一提。《观象玩占》作者不可考，也是天文星占书中一本有价值的著作。它透过大量的天文现象和奇异天象的记载，可以了解历史上许多有价值的天文事件，如新星超新星的爆发，彗星的出现和分裂，流星雨的变迁，变星的光变，日食景象，黑子日珥日冕在历史年代中的变化，行星运动，地月系的变迁等，这对现代天文学的理论研究有很大的价值。
《崇祯历书》是明代末年徐光启主编的，后经李天经续成，从1629年到1634年前后共用5年时间完成。它从多方面引进欧洲古典天文学知识，内容包括天文学基本理论，三角学，几何学，天文仪器，日月和五大行星的运动、交食，全天星图，中西单位换算等。
《崇祯历书》共46种，137卷，采用第谷的太阳系结构系统，计算方法中翻译了哥白尼《天体运行论》中的许多章节，还有开普勒《论火星的运动》一书中的材料，历法计算中不用我国传统的代数学方法而改成几何学方法，这是我国天文学史和历法史上一个重要的转折。我国古代天文学体系开始向近代天文学转变。
明末未能根据《崇祯历书》来编算民用历书，清代开始使用根据《崇祯历书》编算的历书《时宪历》，直到清末。在《四库全书》中有100卷本的《西洋新法算书》是意大利的耶稣会传教士汤若望根据《崇祯历书》删改而成的。
