古代人最感興趣的是日月星辰是怎樣構成、如何運動的。托勒密是第一個係統研究這些問題並作出成就的科學家。
托勒密生活的時代是古希臘後期，當時羅馬人占領了許多希臘城邦，希臘的科學文化迅速向外傳播。托勒密就出生在深受希臘文化影響的埃及城市托勒密城中。
托勒密在繼承亞裏士多德等人學說的基礎上，通過大量的天文觀測和大地測量，創立了宇宙結構學說，寫成了13卷本的巨著《天文大全》。書中，他把前人提出的地球是宇宙中心的觀點，進一步發揮和係統總結。托勒密的行星體係學說，肯定了大地是一個懸空的沒有支柱的球體，並且從恒星天體中區分出行星和日、月是離我們較近的一群天體，邁出了把太陽係從眾星中識別出來的關鍵一步。托勒密經過係統的天文觀測和計算，編製成包括1028顆恒星的位置表，測算出月球到地球的平均距離為29.5倍地球直徑，這個數值在古代是相當了不起的。這樣有規律的行星體係是托勒密學說的核心和精華，對推動人類文明進步起到了巨大的作用。
托勒密博學多才，有許多著作流傳後世。除了天文學外，他還是位數學家、光學家、地理學家和地圖學家。在他之前，地圖上的東麵隻畫到印度的恒河為止，而他繪製出了一幅從中國到西歐、從俄國到埃及的世界地圖。托勒密對光的折射進行了卓有成效的研究，總結出入射角和折射角成正比。他還用數學方法繼續進行研究，已經走到折射定律的麵前，可惜未發現它。結果折射定律直到17世紀才由荷蘭數學家斯聶爾發現。