古代雖然沒有科學技術，不過經常觀測天文，甚至發明出相關儀器。考古學發現寫有天文學文獻的戰國楚帛，內容包含創世神話、占卜及古代曆法，不僅如此，還在湖南長沙馬王堆漢墓出土最早「彗星圖」，古人對特殊天文現象也有詳細記錄。
文字出現前古人就已在研究天文，1988年河南濮陽發現北斗墓遺跡，屬於新石器時代中期「仰韶文化」，距今約6500年，墓穴內呈現東青龍、西白虎布局，每座單一墓葬按照子午線呈線性分布，顯示當時的人對天文的理解。
2005年考古人員在位於山西的陶寺遺址內，發現大型半圓體夯土建築，年代約公元前2100年，原始建築應由13根夯土柱組成，柱子間形成12條縫，圓形建築中間有一個圓形土台，一些學者認為，古人透過縫隙觀測日出，從而確定節氣與時間變化，此外，戰國楚帛還記載迄今最早的天文學文獻，包含創世神話、占卜及古代曆法。
古人對特殊天文現象也有詳細記錄，例如湖南長沙馬王堆漢墓出土最早「彗星圖」，馬王堆出土的彗星圖共29幅，彗星的尾部有寬有窄，有長有短，有直有彎，條數也不一樣，彗星頭部有的是圓圈或圓點，有些則是中心含小圓點或圓圈，顯示當時的人已注意到彗星的不同形態。
除了觀測與記錄，古人還發明不少天文儀器，例如秦漢出現的日晷，透過日影長短獲知時間，以及漢代著名科學家張衡發明的銅渾天儀。
