中國古代的宇宙結構學說
我國古代最早提出的一種宇宙結構學說是“蓋天說”。這種學說認為天是圓形的，好像一把大傘蓋在地上；地是方形的，好像一個棋盤。因此，這種學說又叫“天圓地方說”。
這種學說是在古人膚淺的觀察中生成的，漏洞百出，很難自圓其說。於是，人們又不斷地對“蓋天說”進行修改。到了戰國末期，出現了“新蓋天說”。
新蓋天說認為，天像扣著的鬥笠，地像扣著的盤子，天和地不相交，天地之間相距八萬裏。盤子的最高點是北極。太陽圍繞著北極旋轉，太陽落下山，並不是落到地麵以下，而是到了我們看不見的地方。蓋天說在我國古代影響極大，對古代數學和天文學的發展有重要的指導作用。
蓋天說之後，東漢的天文學家張衡提出了“渾天說”。渾天說認為，天與地的關係就像雞蛋中蛋白和蛋黃的關係，地是蛋黃，它被像蛋白一樣的天包裹著。具體說，天的形狀不是標準的圓球，而是一個南北短、東西長的半橢圓球。
大地也是一個球，它浮在水上，回旋飄蕩著。
蓋天說無法解釋日月星辰東升西落的現象，渾天說卻能。此說認為日月星辰附著在天球上，白天，太陽升到我們可見的天空中，日月星辰落到地球的背麵去；夜晚，太陽落到地球的背麵去，星星和月亮升起來。星、月和太陽交替升起，周而複始，便出現了有規律的黑夜和白晝。
渾天說出現後，並沒有立即取代蓋天說，兩種說法相互爭執。但是，渾天說明顯更具優勢，它除了能解釋許多蓋天說無法解釋的現象外，還有當時最先進的天文儀器——渾儀和天儀來幫助論證。因此，它在我國古代天文領域中稱霸上千年。
古代的計時器——日晷
在鍾表沒有發明之前，人類曾使用過一種古老的太陽鍾——日晷來計時間。
日晷是根據太陽東升西落的運動，利用太陽投射的影子來測定時刻的裝置。
日晷通常由銅製的指針和石製的圓盤組成。銅製的指針叫做“晷針”，它垂直地穿過石製圓盤的中心。圓盤叫做“晷麵”，安放在石台上，呈南高北低狀，使晷麵平行於天球赤道麵。這樣，晷針的上端正好指向北天極，下端正好指向南天極。
晷麵的正反兩麵刻有12個大格，每個大格代表兩個小時。當太陽光照在日晷上時，晷針的影子就會投向晷麵，太陽由東向西移動，投向晷麵的晷針影子便慢慢地由西向東移動。晷麵的刻度是不均勻的。於是，移動著的晷針影子好像是現代鍾表的指針，晷麵則是鍾表的表麵，以此來顯示時間。
古老的天文學
最早的天文學研究的方法是天體測量學。古埃及人根據天狼星在空中的位置來確定季節；古代中國人早在公元前7世紀就製造了製定節令的圭表，通過測定正午日影的長度擬定節令、回歸年或陽曆年。古人依靠對星的觀測，繪製星圖，劃分星座，編製星表。
春秋戰國時期，齊國的天文學家甘德著有《天文星占》八卷，魏國人石申著有《天文》八卷。後人將這兩部著作合為一部，稱為《甘石星經》。這是我國、也是世界上最早的一部天文學著作。我國現存最早的天文著作是漢代史學家司馬遷所著的《史記·天官書》。司馬遷在此書中記下了558顆星，創造了一個生動的星官體係，奠定了我國星官命名的基礎。
郭守敬發明的天文儀器
郭守敬（1231~1316年），中國元朝的大天文學家、數學家、水利專家和儀器製造家。他對渾儀進行了改進，發明了簡儀。
當年，郭守敬隻保留了渾儀中最主要最必需的兩個圓環係統，並且把其中的一組圓環係統分出來，改成另一個獨立的儀器，再把剩餘係統的圓環完全取消。然後，他把原來罩在外麵作為固定支架用的那些圓環也全都撤除，隻留下儀器上的一套主要圓環係統。最後，他用一對彎拱形的柱子和另外四根柱子，承托住留下的這個係統。這種結構，比原來的渾儀更實用，更簡單，所以取名“簡儀”。在歐洲，直到300多年後的1598年，丹麥的天文學家第穀才發明了與簡儀相似的天文儀器。
中國古代的天文台
中國是世界上天文學發展比較早的國家之一，天文觀測的曆史十分悠久，夏代就建有天文台了。早期的天文台既是觀測星象的地方，也是祭祀活動的場所。古代帝王在這裏祭天，同時任命專職人員在這裏觀測天象，占卜吉凶，編撰曆書。隨著天文事業的發展，祭天和觀天逐漸分離，出現了專門觀測、研究天文的天文台。
目前我國保存下來的最古老的天文台是河南登封縣的觀星台，它建於13世紀末。據說，元代著名的天文學家郭守敬就曾在這裏主持過測量工作。當今世界上保留下來的最古老的天文台是公元632年建於韓國慶州的天文台。