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  早期文化以神話和靈魂標示天體。它們認為這些天體 (和它們的運動)導致的現象包括雨、乾旱、季節和潮汐。一般還相信第一位的專業天文學家是祭司 (例如僧侶),他們瞭解的天空是神聖的,因此古老的天文學和現在所謂的占星學是聯絡在一起的。古老的結構可能和天文校準有關 (像是巨石陣),可能完全符合天文學和宗教功能。 世界各地的歷法都是依據太陽和月球 (測量年、月和日)設定的,對農業的節日非常重要,並給出每年收穫的正確時間。現在最通用的西曆是以羅馬歷為基礎,將一年分為大月31天,小月30天,相互交替的12個月。在公元前46年,凱撒採用起源於公元前4世紀的希臘天文學家Callippus所提出一年長度為365 1/4天的歷法改革。

  東亞的天文學起源於中國,節氣在戰國時代就已經出現了。中國天文學的知識在東亞散播開來。  天文學在中國有悠久的歷史,從公元前6世紀就有詳細的天文記錄,在17世紀西方天文學和望遠鏡的介入之前,中國天文學家已經紀錄彗星、太陽黑子。中國人很早就能預測月食,但日食並未被精確預測過,明末中國司天監官員與西方傳教士的觀測日食比賽,以中國失敗收場。  大部分早期的中國天文學的目的在維繫時間。中國使用的歷法是陰陽合曆,但是因為太陽和月球的週期不是非常契合,因此經常修訂並改用新的歷法,天文觀測的主要目的也都是為了制歷。而制歷的主要目的則是為了顯示皇朝正統,因此,每次改朝換代,中國都會改換曆法。  星佔是中國天文學主要的一個部分,中國人認為天象與人間皇朝的國運息息相關,因此,中國司天監對偶然出現在恆星之間的”客星”非常小心和注意。有世界最早的超新星紀錄,在《後漢書》的占星志中有公元185年的超新星記載,創造出蟹狀星雲的超新星也在公元1054年也被中國司天監觀測到,並記錄為一顆”客星”,古老的彗星和超新星等天文事件的記錄,對現代天文學的研究非常有價值。  甘德在公元前4世紀編制了一份的星表。過去認為這是最早的星表,但後來在巴比倫發現了更早的星表——巴比倫星表。  儘管中國人在記錄天象上遙遙領先,但對宇宙本質規律的探索卻停滯不前。中國人從未發現大地是球形的,亦未能提出一個基於邏輯、數學的宇宙體系。此外,中國古代天文學被皇權壟斷,為了防止民眾借天象造反,中國一直禁止民眾私習天文,如有犯者,罪同造反,將被斬首,這也成為中國天文學落後的一個原因。

  我們大部分的現有的知識是在20世紀獲得的。通過使用攝影的幫助下,昏暗物體被觀察。我們的太陽被認為是由超過10顆星(100億顆恆星)星系的一部分。
天文學的歷史非常久遠,天文學可謂人類歷史上古老的一門科學。從最初人類對於星象變化的認識開始,天文學就已經開始萌芽了。人們為了研究和制定各種時間或時令(例如:季節或者曆法)而產生了天文學,甚至有一部分是來源於占卜的——許多人以星象來進行占卜,即占星術。