從出土的甲骨文中已有日食月食的記錄，出現了原始的陰陽曆法，及至春秋戰國時期，影響後世深遠的二十八宿體系便建立起來。二十八宿是古人在觀測日月五星運動時，沿著天球黄、赤道带所劃分的二十八個區域；二十八宿提供了一個較為準確的量度標準，随著對天象的異常觀測和記錄。在《春秋•文公十四年》記載：秋七月，有星孛入於北斗。這是關於哈雷彗星最早的記錄。從公元前240年到公元2000年間，中國天文學家都有觀測記錄，後世要到17世紀才被英國格林威治天文臺臺長艾德蒙•哈德才發現它的特性。到戰國時已把二十四節氣平分於周年內，及至秦漢時在《漢書•五行志》中更詳述記錄了太陽黑子出現的時間、位置、形状等天文現象。天文學研究促成了系統性的天文學理論及突破性的發展，明清兩代與西方科技的融合，而形成了各種近代天文學的知識。