A csillagászat valószínűleg a legrégebben ismert természeti tudomány. A történelem előtti korokban a hely- és az időmeghatározás társadalmi szükséglete hozta létre.

A tudományos csillagászat bölcsője Mezopotámia. A mezopotámiai népek érdeme az első csillagászati ciklus felismerése és használata. Megfigyelőhelyeik magas, lépcsőzetes templomok voltak. Egyszerű megfigyelőeszközeikkel csak korlátozott pontosságú méréseket tudtak végezni. Minthogy megfigyelési eredményeiket és módszereiket később a görögök vették át, az utóbbiak és a rómaiak közvetítésével több mezopotámiai csillagászati hagyaték  él ma is a tudományainkban. Ilyen pl. az időszámításban a hatvanas babiloni számrendszer maradványa, a teljes kör 360^o -ra való felosztása, a nap 12-es felosztása, az állatövi csillagképek neve. Innen származik a naptár hétnapos beosztása is. A hét napjai az égitestekről kapták a nevüket: a vasárnapot a Napról, a hétfőt a Holdról, a keddet a Marsról, a szerdát a Merkúrról, a csütörtököt a Jupiterről, a pénteket a Vénuszról, a szombatot a Szaturnuszról nevezték el.

A kínai császárok csillagászai gondos feljegyzéseket készítettek már az i.e. III. évezredtől kezdve a rendkívüli égi jelenségekről, a nap- és holdfogyatkozások időpontjairól.

Az egyiptomi csillagász papok az éjszakai égbolt évszakos eltolódásából pontosan következtettek az ország életére nézve döntő fontosságú áradás várható kezdetére. Az egyiptomi csillagászati megfigyelőeszközök nap- és vízórák, hasítékokkal ellátott iránykijelölő lécek, függőón, zsinórok és egyenlő távolságban csomókkal megjelölt kötelek voltak. A Napot gömb alakúnak képzelték, és ők látták először a foltokat a felszínén.

A görög csillagászat

Az ókori közel-keleti népek csillagászati eredményei a görögökhöz kerültek, akik a kultúrtörténet folyamán először igyekeztek összefoglaló rendszerbe foglalni és következtetések útján továbbfejleszteni a világra vonatkozó ismereteket. Csak az ő koruktól nevezhetjük a szó mai értelmében vett tudománynak a régiek ismeretanyagát.
Homérosz korában a Föld lapos korong volt a görögök képzeletében. A püthagoraszi iskolához tartozó Parmemidesz (i.e. V sz.) említette első ízben a gömb alakot a Földdel kapcsolatban. A gömb alakú Föld azonban mozdulatlan volt a görögök képzeletében, és az égitestek mind körülötte keringtek. A fejlettebb geocentrikus világképet Hipparkhosz, a a tudományos csillagászat atyja, a pergai Appolóniusszal (i.e. II. sz.) alkotta meg. A bolygók mozgását két-két körmozgás összetevőjére bontotta. Ez a rendszer az epiciklois pályák tana csaknem kétezer éven át uralkodott a csillagászatban.

A mozdulatlannak képzelt Föld nagyságát több görög csillagász is megmérte.
Közülük Eratoszthenész (i.e. III. sz.) mérése a legpontosabb. A mérés lényege az, hogy észrevette, hogy a nyári napforduló idején, amikor az egyiptomi Szüénában a Nap merőlegesen bevilágít a Nílus kútjaiba, ugyanakkor a tőle északra fekvő Alexandriában a delelő nap sugarai 7 ⁰ -nál nagyobb szöget zárnak be a függőlegessel. A kapott szögkülönbséget 360⁰-hoz viszonyítva, a két város lemért távolsága alapján a Föld kerületét 100 km-en belüli pontossággal adta meg.

Az i.e. III. században élt Arisztarkhosz, aki nemcsak a heliocentrikus világkép első tudatos felismerője és hirdetője, de az első igazi csillagászati távolságmérés végrehajtója is. Arisztarkhosz geometriai megfontolások alapján bebizonyította, hogy Hold átmérője harmada a Föld átmérőjének (mai mérések szerint kb. negyede), és jó közelítéssel állapította meg a Hold távolságát is. Ebből kiindulva megmérte a Föld-Nap távolságot is.

A görög csillagászat Ptolemaiosszal (i.e. 90-161) érte el a tetőfokát. Az "Almagest" néven ismert főművében saját korának teljes ismeretanyagát foglalta össze. Ezt a geocentrikus világképet ptolemaioszi világképnek is szoktuk nevezni. Néhány égi jelenséget valóban jól lehetett ezzel az elképzeléssel is magyarázni. Talán ennek köszönhető, hogy az elkövetkező 15 évszázad fenntartás nélkül elfogadta. Tanai a következők:

• A föld mozdulatlan és gömb alakú.

•  Az égi gömb középpontjában helyezkedik el.
• Az egész világmindenség kering a Föld körül.

•  A nap egy év alatt kerüli meg a Földet. Azt, hogy a Nap keringés közben némileg változtatja távolságát a Földtől, azzal magyarázta, hogy bár a Nap egyenletesen, körpályán kering, a pálya középpontja kissé eltolódva van a Földtől.

• Feltételezte, hogy a bolygók is körpályán keringenek a Nap körül.

A görög tudomány eredményeit tartalmazó könyvtekercsek legnagyobb része a kereszténység és az iszlám fanatikusok könyvégetése alkalmával elpusztult. Az arabok érdeme, hogy felkutatták és arab nyelvre fordítva megmentették a még fellelhető görög csillagászati eredményeket. Ptolemaiosz műve kizárólag arab fordításban maradt ránk.

A keresztény középkori csillagászat

A görög emlékek elpusztulása miatt a kora középkori társadalomban azt  feltételezték, hogy a Föld lapos, esetleg félgömb alakú szárazföld, sziget egy végtelen óceánban. Csak az Ibériai-félsziget arab egyetemein tanították a ptolemaioszi világképet.

Kopernikusz munkájának megjelenése után indult meg a korszerű csillagászat. Kopernikusz 1473-ban Torunban született. 1491-től Krakkóban volt egyetemi hallgató. Azután Itáliába ment, hogy kilenc éven keresztül az egyetemeket látogassa. 1506-ban, 33 éves korában tért haza. Élete hátralévő részét egy kis- városban élte le, ahol kanonokként működött. Életművének a "Hat könyv az égitestek mozgásáról"-nak kiadásával halála órájáig várt (1543). Ez alapozta meg igazából a heliocentrikus világképet. Kopernikusz nem mond semmi olyat, ami már nem merült volna fel valamelyik görög csillagásznál. Mégis meglepő az a merészség, amellyel az egyház szolgálatában álló tudós szembeszáll  kora dogmatikus eszméivel. Tanai a következők:

• A világegyetem középpontjában a Nap van.

• A gömb alakú Föld saját tengelye körül forog.

• A Föld kering a Nap körül. A Nap nem pontosan a körpálya középpontjában található.

A kopernikuszi tanok rést ütöttek az egyház dogmarendszerén. Ezért az egyház minden lehetséges eszközzel akadályozni igyekezett e tanok terjedését.
Giordano Brunót, aki Kopernikusz elméletén továbblépve azt hirdette, hogy a Nap sem a világmindenség középpontja, hanem csak egy a  megszámlálhatatlan csillagok közül, eretnekséggel vádolták, és máglyahalálra ítélték. Kopernikusz művét pedig 1616-ban pápai tilalmi listára helyezték, és csak 1835-ben vették le onnan.
Tycho Brahe  (1546-1601) dán csillagász ennek a korszaknak a legtevékenyebb megfigyelő csillagásza volt. Három évtizeden keresztül gyűjtött adatokat az égi jelenségekről. Megfigyelései Keplerre maradtak.
Kepler (1571-1630) Württenbergben született. 1589-től a tübingeni egyetem hallgatója. Tanítómestere ismertette meg vele Kopernikusz rendszerét. Kepler Brahe méréseit felhasználva, a Mars pályájára vonatkozó megfigyelési eredményekből kiindulva több éves munka során megalkotta a ma Kepler I. és II. törvényeként ismert tételeket. Megállapításait az "Új csillagászat" című művében 1609-ben tette közzé. További 10 év kellett a III. törvény megfogalmazásához, amelyet a "A világ harmóniájáról" című könyve tartalmazott először.

Kepler törvényei a következők:

• 1. A bolygók ellipszis pályán keringenek a Nap körül, és az ellipszis egyik gyújtópontjában a Nap van.

• 2. A területi törvény. Kimondja, hogy a Napot a bolygóval összekötő egyenes, a vezérsugár, egyenlő idő alatt egyenlő területeket súrol.

• 3. A bolygók keringési idejének négyzetei úgy aránylanak egymáshoz, mint közepes naptávolságuk (ellipszisük fél nagytengelye) köbei.

Két tömeggel rendelkező test kölcsönhatást gyakorol egymásra. Az erő egyenesen arányos a két test tömegének a szorzatával, és fordítottan arányos a két test távolságának a négyzetével. Az arányossági tényező a Chawendish által megmért gravitációs állandó, melynek értéke: