中國天文學的發展曆史，最能清楚地表明天文學由萌芽到形成的逐漸發展的過程。從公元前3000年以來，就有左右樞、天乙、太乙、天帝、紐星等一係列曾經使用過而隨著時間的推移逐漸被放棄了的極星，由此可以證明中國天文學的古老程度。從地下發掘得知，處於仰韶文化和龍山文化的發展階段，也即早在五六千年以前，我國廣大的地區已經普遍地發展起原始的農業。恩格斯指出:“首先是天文學，遊牧民族和農業民族為了定季節，就已經絕對需要它。”因此，我們完全有理由設想，為了農業生產的需要，早在原始社會時期，就會有處於原始狀態的曆法雛型的產生。據傳說，黃帝時已經創造了曆法，並且“迎日推策”，也就是用每天太陽升起時翻過一片竹片的辦法來記載時日。這說明當時雖處於很原始的狀態，但可能已經有了年、月、日的概念。
《尚書.堯典》是中國最古的文獻之一，它記載了帝堯時代（約公元前24世紀）的天文學。帝堯命令當時的天文官羲和，觀察日月星辰，向人民報告節令。當時已有判定節令的方法，也就是在各個不同的季節，同時在初昏的時刻，觀測南方中天出沒的星象變化。當初昏時觀察到鳥星中天的月份為仲春；當大火星（心宿二）中天的月份為仲夏；當虛星中天的月份為仲秋；當昴星中天的月份為仲冬。還記載有當時已認識到1年的長度為366天，並以設置閏月來調整季節。這些記載是否完全可靠？目前在學者中間還存在一些爭論，但有些事實是可以肯定的。
《夏小正》為夏朝（公元前21~16世紀）的曆書，它分別按12個月的順序，記述了每個月的星象、氣象、物候以及所應從事的農事活動。'觀測的星象主要是參星、大火星、昴星、織女星、南門星以及北鬥鬥柄的指向及銀河在天空中的方向等等。觀測的方法已由初昏中星發展到昏旦中星，更擴大到每月早晨日出前從東方出現的恒星以及每月與太陽處於同一方位的恒星。例如：“正月，鞠則見，初昏參中，鬥柄懸在下。”由《夏小正》可以看出，夏朝的曆法使用夏正，它每月都以一些顯著星象的出沒動態來表示節候。這樣也就使月份和節候發生了固定的關係。因而它是為了便於人們掌握而編定的、一本以觀測大家所熟悉的星象為對象的天然的永久曆書。人們隻需要在夜晚觀察一下顯著星象的位置和月亮圓缺的程度，就能知道當天所在的月份和大致的日期。
近代逐漸在殷虛挖掘出數萬片殷商（公元前16~11世紀）時代的甲骨卜辭，有大量的但又是片斷的天文學資料，其中有相當數量的日食、月食、新星等天象記錄。這些天象記錄，有的已被人們考證出具體的年代。但是，這些寶貴的天象記錄的資料，如果要想全都變成人們可以利用的有年代可考的科學文獻，還需人們付出更多的整理和研究的精力。同時，甲骨卜辭中包含有大量的年月日的記錄。記日用的是六十幹支的順序。六十幹支是中國人獨創的、以甲乙丙丁戊己庚辛壬癸十個天幹和子醜寅卯辰巳午未申酉戌亥十二個地支配合組成的六十個序數。六十幹支差不多等於兩個月，中國曆史上的日曆記載有條不紊，這是記曰法應用幹支周的功勞。從當時大量的幹支記日的排比，人們對當時的曆法可以得到一些共同的認識：殷代用幹支記日，使用陰陽曆。月有大小之分，大月30日，小月29日。有連著的大月。閏月大都出現在年終，但也可能有年中置閏。