天文学与人类的生产和生活有着紧密相关的联系，因而成为自然科学中发展较早的一门科学。中国对天文学的研究，可追溯到原始社会的新石器时代，是世界上对天文学研究最早的一个国家。
据各种挖掘出来的文物上的记载，中国在原始社会时期，就已注意到了太阳升落、月亮圆缺的变化，从而产生了时间和方向的概念。从考古发掘来看，中国的半坡氏族人的房屋的门，都向南开；一些其他氏族的墓穴也都向着一个统一的方向。而且，当时的人们还在陶器上绘制了太阳、月亮以及星辰的纹样。
进入奴隶社会以后，天文学逐渐得到发展。在夏朝的时候已有历法，所以，直到现在人们还把农历称作“夏历”。根据甲骨文的记载，商朝时期，人们将一年分为春秋两个季节，平年有12个月，闰年有13个月，大月30天，小月29天。此外，在商代的甲骨文中，还有世界上关于月食、日食的最早记载。在西周时期，中国政府已设有专门掌管天文器械和观测天空的官。春秋时期，中国的古代劳动人民已能根据月亮的位置来推算太阳的位置，并在此基础上建立了二十八宿的体系。据《春秋》一书记载，当时人们已将一年分为春、夏、秋、冬四个季节。而且，在那时候，中国人已发现了著名的哈雷彗星，并推算出了它的绕日周期。
进入封建社会后的战国时期，中国的天文学事业取得了更加辉煌的成就。当时的天文学家甘德、石申写了世界上最早的天文学著作，后人将他们俩的著作合并到一块，称为《甘石星经》。随着天文观测的进步，中国古代人民创造了二十四节气。秦汉时期，中国的天文学事业的成就突飞猛进，全国制定了统一的历法，而且还制作了浑天仪。特别是两汉时期，人们对宇宙的认识逐步深化，并提出了“浑天说”，这一观点非常正确，只不过当时的人们认为宇宙是有限的。可是不久，就有人反对，认为“天”是无限大的。这两个观点对全世界的天文学事业做出了巨大的贡献。
三国、两晋、南北朝时期，中国古代著名的数学家祖冲之在刘宋大明六年（462）完成了《大明历），这是一部精度很高的历法，如月球在天球上连续两次向北通过黄道所需时间的天数为27.21223日，同现代观测的27.21222日，只相差十万分之一日。隋唐时期，政府又重新制定了历法，并对恒星的位置进行了重新测定和世界上最早对子午线长度的实测。人们还根据天文观测结果，绘制了一幅幅星图。在敦煌壁画中，考古学家发现中国在公元705年～710年间，就已发现了1350多颗星星，这反映了中国在星象观测上的高超水平。而在欧洲，那里的人直到1609年发明了天文望远镜后，才发现了1022颗星星。宋元时期，人们制造并改进了许多天文器械。并已经制造出了世界上的第一台以水为动力，带动一套精密的仪器，既可观测天体，又可演示天象，还能自动报时的天文钟。并且，在这时候，中国就已知道了一年有365.2425天，这和现行的公历是一样的，而且比外国早300多年。明清时期，中国的天文事业仍旧是世界上最发达的。如清朝早期的中国天文学家，就提出过恒星有远近变化，也就是认识到恒星有视向运动。然而，欧洲的科学家却直到1868年才提出这种概念。
中国古代对天文学作出的这一系列成就，为全人类的文明起到了重要的作用，这充分反映了中国古代劳动人民的聪明智慧和卓越的才干。