考古发掘和古文献资料表明，我国是天文学发达最早的国家之一。从原始社会开始，我们的祖先为了采集、狩猎和农牧业活动的需要，通过观天象、定方向、定季节、告农时，逐渐积累天文知识，萌生和发展了我国古代的天文学。
早在六七千年前，属于仰韶文化的西安半坡遗址中，房屋的门、墓穴和人骨架的头部都朝着南方，江苏邳县大墩子墓地积有五层墓葬，晚期的叠在早期之上，但方向仍大体一致。①这种一致性表明他们已能辨认方向。对于原始时代日出而作，日入而息的古人来说，能够赖以定方向的依据只有天象变化，特别是太阳。
太阳给大地以光明，给人们以温暖，它在新石器时代的出土陶器上，就有以太阳作为纹饰的器物。河南郑州大河村仰韶文化出土的彩陶上，中间为红色圆心，四周有彩色光芒，显系太阳的图象；山东大汶口龙山文化出土的灰陶尊上，画有日出于山岗之上和日出于山岗云气之上的图案，恐系“旦”字的象形字。稍晚的文献《诗经》中则有“既景乃岗，相其阴阳”的诗句②，表明在山岗上观日影定方向，另一篇《邶风·定之方中》说：“揆之以日，作于楚室”，这些观太阳定方向的描述，正是古老习俗的遗留。
日出和日没不仅指示了方向，而且形成了白天和黑夜的循环，昼夜交替使人们产生了日的概念，昼夜与太阳都用“日”字表示，日显然是同太阳联系在一起的。为了计算日子的流逝，原始时代就出现了许多方法。我国解放前后尚处于原始社会的一些少数民族，有的在绳子上打结，有的在竹上刻划，有的在竹筒里放石子，这些记日方法显然是很原始的。在出土的殷商甲骨文中已有完整的干支记日法，干就是甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸，夏代末期帝王的名字就已采用了十干中某些字，如孔甲、履癸，说明它们可能产生得更早些，支就是子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二个字，用十干与十二支相配，得到甲子、乙丑、丙寅……癸亥等六十个干支名称，用来记日便是六十天一循环，这种记日方法一直延续到现在。有一块武乙时期（约公元前十三世纪）的牛胛骨上完整地刻着六十干支，这可能是当时的日历。在甲骨文中还有旬字，殷人称十天为一旬，这一名称也一直流传到今天。
月有圆缺，这是夜晚可能看到的最明显的天象变化，从月圆（望）到月圆，或从月初见（朏）到下一次见到，或从月不见（晦）到下一次不见都差不多是三十天，月的圆缺变化产生了“月”的概念。阿细人的跳月，藏历的定望都是原始时期的遗留。望、朏、晦比朔更早被人们所认识，最早的“朔”字见于《诗经》。
季和年虽然比日和月的周期要长，但它的产生并不晚。因为，它比起日月来也许更重要，寒来暑往，草木枯荣，农业的收成，动物的繁衍都同它密切相关。农牧业生产的发展要求准确掌握时令季节，而天象的周期变化与物候之间有必然的相关性，通过观察天象就能确定季和年的变迁。观象授时既是生产之必需，也是最早的天文活动。文献上记有古代传说：“少皞氏之衰也，九黎乱德。……颛顼受之，乃命南正重司天以属神。命火正黎司地以属民。……其后三苗服九黎之德，故二官咸废所职，而闰余乖次，孟陬殄灭，摄提无纪，历数失序。尧复遂重黎之后，不忘旧者，使复典之，而立羲和之官。明时正度，则阴阳调，风雨节，茂气至，民无夭疫。”①这段记述说颛顼时代已有了“火正”的专门官职，负责观察大火（即心宿二）这红色亮星来判断季节。后来由于氏族战争，观测停止了，结果弄得季节掌握不住，造成很大混乱，到帝尧时代又恢复“火正”之官，让他明时正度，造成了风调雨顺、生活安宁的局面。《左传》襄公九年的记载印证了这一传说：“陶唐氏之火正阏伯居商丘，祀大火，而火祀时焉！”陶唐氏即是帝尧。
尧不仅恢复了火正，还立羲和之官，命羲仲、羲叔、和仲、和叔分赴四方，观察日月星辰，以告农时。《尚书·尧典》曰：“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授人时。分命羲仲、宅嵎夷、曰旸谷，寅宾出日，平秩东作，日中星鸟，以殷仲春，……。申命羲叔，宅南交，平秩南讹，敬致日永星火，以正仲夏，……。分命和仲，宅西土，曰昧谷，寅饯纳日，平秩西成，宵中星虚，以殷仲秋，……。申命和叔，宅朔方，……日短星昴，以正仲冬，……。期三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁。”《尧典》虽非尧时所作（学者们多认为作于战国初或稍早），但可能记有较早时代的事情。这段文献所指出的四仲中星，即不同的季节黄昏时有不同的星到达南方天空。按现代天文学来推算，鸟、火、虚、昴四星在春分、夏至、秋分、冬至黄昏时到达南方天空的时代大约是公元前二千年左右，与传说中的尧时相当。所以，《尧典》的记述可能正是古代观象授时的情形。
至于“期三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁”的记述，更说明了历法的萌芽。年、月、日概念的建立是历法得以产生的基础，一年有366天的识别，又设置闰月来协调季节和月分的关系，这是天文学的重大进步。殷商甲骨文已有十二个月的名称，还有大量十三月的记载，这是“以闰月定四时成岁”的证明。从甲骨文的片断记载可以推论殷代历法已有相当水平，它大体上是以干支记日，以月亮圆缺的周期记月，以冷暖循环来记年，一年有12个月，月有大小之分，大月30天，小月29天，闰年有13个月。这一阴阳合历的传统流传至今，成为我国古历的重要特点。
殷周至春秋战国，各诸侯国行用不同的历法，计有夏、殷、周、鲁、黄。
它们的不同在于岁首，黄帝、周、鲁三历以十一月（子月）为岁首，称建子，殷历以十二月（丑月）为岁首，称建丑，夏历以正月（寅月）为岁首，称建寅，这就是“三正”之说。此外还有颛顼历以小月（亥月）为岁首，称建亥，目前由于资料缺乏，对这些历的详情还不太清楚。
天文和历法的发展基于天象观测，我国古代天象观测记录是世界公认最悠久最系统的。《夏小正》一书中按月分记录了天象和物候的关联，如“正月，……初昏参中，斗柄悬在下”，“四月昴则见，初昏南门正”，“五月，……初昏大火中”等等，该书虽然成书较晚，但这些天象记录如实地反映了三四千年前的天象。《鹖冠子》也记载“斗柄东指，天下皆春，斗柄南指，天下皆夏，斗柄西指，天下皆秋，斗柄北指，天下皆冬”，这是三四千年前的天象。
殷墟甲骨文中包含着更多的天象记录，公元前十二至十四世纪的日月食记事，现在能大体定出时间的有四次日食，五次月食，无疑是世界上最早的。甲骨文中记录大火附近出现新星，它比古希腊伊巴谷Hipparchas（前二世纪）记录的第一个新星（公元前134年）要早一千多年。比甲骨文稍晚的金文中有大量的西周月相记录，如初吉、既生霸、既望、既死霸等等，虽然对它们的含义是指一个月中的某一天或者某一部分还有争论，但其同月相变化有关是没有疑问的。西周和春秋时代的天象记录在《诗经》中也有不少反映，著名的《豳风·七月》诗记载了天象与物候的关系，以及当时的历法知识；《小雅·十月之交》的日食和月食记录，引起了研究者的很大兴趣，据中外学者考证，十月辛卯朔的日食和紧靠着的一次月食可能发生于公元前776年9月6日和8月21日，但另一些人认为是公元前735年11月30日和12月15日，因为前次日食通过北极圈之内，中国黄河流域不可能见到。《诗经》中关于恒星的记述已有28夜中十宿的名称，还有牛郎、织女、银河以及金星的不同名称——启明和长庚。
春秋时代的编年史中有37次日食记录，绝大多数是可靠的，可用现代的计算来验证，并给地球自转研究提供参考。鲁文公十四（前613年）年，“有星孛入于北斗”的记录是关于哈雷彗星的最早记载，鲁庄公七年（前687年）“夏四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨”，这是天琴流星雨的最早记录。战国时代著名的天文学家甘德和石申（一作石申夫）辨认并观测了大量恒星，测定了120多个星的位置，编出了世界上最早的星表《石氏星表》。1978年在湖北随县出土的战国（公元前444年）遗物上发现了完整的28宿名称，并和北斗图象相联。这些天象观测记录和所达到的天文学成就受到了全世界的重视。
和天文学从原始社会萌生的同时，人们也产主了对天空和自然的原始宗教意识。进入奴隶社会以后，宗教思想和自然观发生了很大变化，对自然神的崇拜为奴隶主阶级利用，出现了人格化的、主宰一切的天神，人世间的君主也是授命于天的。人们对天空现象的迷惘，尤其是异常天象的出现，使星占术得以产生。这就是古代许多天象记录同星占迷信纠缠在一起的原因。
① 南京博物院：《江苏邳县四户镇大墩子遗址探掘报告》，《考古学报》1964年2期。
② 《诗经·大雅·公刘》。
① 《史记·历书》。
