中國古代天文學的最主要組成部分是歷法，換壹句話說，歷法是中國古代天文學的核心。中國古代歷法不單純是關於歷日制度的安排，它還包括對太陽、月亮和土、木、火、金、水五大行星的運動及位置的計算；恒星位置的測算；每日午中日影長度和晝夜時間長短的推算；日月交食的預報等等廣泛的課題。從某種意義上講，中國古代歷法的編算相當於近現代編算天文年歷的工作。為此，我國古代天文學家展開了壹系列的觀測與研究活動：譬如對歷法諸課題的***同起算點——歷元的選定，對壹個又壹個天文學概念的闡述，對種種天文常數的測算、各種天文數表的編制，對具體推算方法、天體測量方法和數學方法的抉擇和改進等等。這些就構成了中國古代歷法的基本框架和主要內容。
當然，中國古代天文學還包涵更廣泛的內容，如中國古代特有的、精良的天文儀器的設計與制造，關於宇宙理論的探討，以及對壹系列天象特別是奇異天象的長期系統的觀測與記錄等，它們與歷法壹起，組成了中國古代天文學的十分豐富多彩的體系。
中國古代天文學體系經歷了發生、發展、完善、沒落，最終融入近現代天文學的漫長演變過程。下面我們擬分六個階段（即如下六節）簡要地加以介紹。
西周以前的天文學知識
這是壹個天文學知識開始萌芽和初步積累的漫長歷史時期。由於生產和生活的需要，從對星辰出沒、日月運動的觀測中，人們逐漸形成了與這些需要密切相關的年、月、日等時間長度的概念，進而產生了初始的歷法系統。由於占蔔活動的需要，人們對天象變化、尤其是異常天象的出現，極為關註，這也刺激了人們對天象觀測的重視，並由此逐漸形成了天象記錄的傳統。這些都給後世的發展以深刻的影響。
壹、觀象授時時期
我們的祖先，生息在中國遼闊的土地上，人們在自己的生產和生活實踐中，逐漸發現日月星辰的升落隱現，自然界寒來暑往，獵物的出沒和植物的榮謝等自然現象，對於人類的生存有著密切的關系。所以有意識地觀察和認識這些自然現象，以期順乎自然，求得自身的發展，便成為先民們感興趣的問題之壹，從中也就逐漸萌發出天文學知識的嫩芽。
太陽對人們無疑是至關重要的。古人日出而作，日入而息，就是以太陽的出入作為作息時間的客觀依據。太陽出入造成的明暗交替出現的規律，必定給先民們以極深的感受，於是以太陽出入為周期的“日”，應是他們最早認識到的時間單位。
自然，月亮的圓缺變化，是又壹明顯的和意義重大的天象。說它意義重大，是因為月亮的亮光對於人們夜間活動的安排是關鍵的要素。經過長期的觀測和計數，人們逐漸發現月亮圓缺的周期約為30日，這便進而導致壹個較長的時間單位“月”的產生。
對於更長壹些的時間單位“年”的認識，要較“日”、“月”困難得多，但這是對於人們生產和生活的意義更為重大的壹種周期，因為寒暑、雨旱，以及漁獵、采集乃至農業生產活動無壹不與它有關。所以，人們對它進行了長期不懈的探索。由物候——草木枯榮、動物遷徙、出入等的觀察入手，大約是探索壹年長度的最早方法，隨後才是對某些星象的觀測。後者所得結果要較前者來得準確。
據傳說，在顓頊帝時代，已設立“火正”(1)專司對大火星（心宿二，天蠍座α星）進行觀測，以黃昏時分大火星正好從東方地平線上升起時，作為壹年的開始，亦即這壹年春天的來臨。由此不難推得壹年的長度。這是我國古代觀象授時的早期形態。據研究，這大約是公元前2400年的事。
又據《尚書·堯典》記載，在傳說中的堯帝時，“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授人時”。其具體的觀測方法與結果是：“日中星鳥，以殷仲春”，“日永星火，以正仲夏”，“宵中星虛，以殷仲秋”，“日短星昴，以正仲冬”，即以觀測鳥、火、虛、昴四顆恒星在黃昏時正處於南中天的日子，來定出春分、夏至、秋分和冬至，以作為劃分壹年四季的標準。據推算，這大約是公元前2000年時的實際天象。
由上述記載，我們還可以推知，當時已有原始圭表的出現，否則人們就無從確定某星辰南中天的問題。這時的圭表還僅用於厘定方位，尚未用於測定日影的長度。觀測星辰南中天來確定季節，可以減少地平線上的折射和光滲等的影響，其精度自然要比觀測星辰出沒來得高。此外，從“日中”和“宵中”（指晝夜平分）、“日永”和“日短”（分別指白晝最長和最短的日子）等說法，可知其時已應用了某種測量時間的器具（這壹點由下述《夏小正》的有關記載亦可證）。這些都說明，此時已進入觀象授時相當發達的時代。其標誌是：所觀測的恒星已由壹顆增加到多顆，由觀測恒星東升改為南中天，並已使用了某些器具。
更值得註意的是，《堯典》還記述了這時人們已經采用了“期三百有六旬有六日，以閏月定四時成歲”的初始歷法。這裏以壹年為366日，當是人們對恒星周年運動周期的測算得到的結果。由於壹年的長度與月的長度不存在整數倍的關系，該初始歷法已采用了置閏月的方法予以調整，這顯然是壹種陰陽歷，是我國古代長期使用的陰陽歷的最早記載。
在《夏小正》壹書中，則載有壹年中各月份的物候、天象、氣象和農事等內容，它集物候歷、觀象授時法和初始歷法於壹身，相傳它是夏代行用的歷日制度。就觀象授時法而言，它是以觀測黃昏時分若幹恒星（鞠、參、昴、南門、大火、織女、銀河等）的見、伏或南中天的時日，以及北鬥鬥柄的指向，作為壹年中某壹個月份起始的標準的。有人認為，《夏小正》乃是壹種分壹年為10個月，每月36日，另有5至6日為過年日的初始歷法。(2)據《夏小正》記載，正月“初昏鬥柄懸在下”，六月“初昏鬥柄懸在上”，其間的五個月為半年；五月“時有養日”，十月“時有養夜”亦以五個月為半年。也有人認為，《夏小正》還是分壹年為十二個月的太陽歷。由此看來，《夏小正》乃是壹種不考慮月相變化的純陽歷的見解，這是可信的。
《尚書·堯典》和《夏小正》的記載，都反映了觀象授時法的重要成果，同時又反映了夏代出現的兩種不同系統的歷法（陰陽歷和陽歷）的雛形。它們是由觀象授時向有壹定規範的初始歷法過渡的兩種不同形態，都具有十分重要的意義。
二、商周歷法
由甲骨文的有關蔔辭，我們可以知道商代行用的歷法乃是陰陽歷。
首先，年有平年、閏年之分，平年12個月，閏年13個月，閏月置於年終，稱十三月，是為年終置閏法。這時的歲首已基本固定，季節和月名有了基本固定的關系。但在甲骨蔔辭中還偶有十四月甚至十五月的記載，這說明這時人們還不能較好地把握年月之間的長度關系，對於閏月設置的多少，還沒有壹定之規，多半是由經常性的觀測來決定，當發現季節與月分名相悖時，便加進壹個閏月加以調節，帶有較大的隨意性。這種狀況壹直延續到西周。
在甲骨文中有“至日”、“南日”或“日南”的記載，它們指的都是冬至日（春秋時期人們還稱冬至為“日南至”）。其中有壹塊蔔辭說：“壬午蔔，扶，奏丘，日南，雨？”（壬午這壹天，貞人扶占蔔，舉行奏丘的祭儀，迎接太陽南至，會下雨嗎？）在《周禮·春官·大司樂》中則有這樣的記載：“冬至日，於地上之圜丘奏之”，以迎祭天神。二者說的是同壹祭祀活動，可證“日南”即為“冬至”(3)。這說明殷商時期已使用圭表觀測日影長度的變化，並由之確定冬至日，已知冬至日，壹回歸年長度的數值便不難算得。
其次，殷商歷法是以新月為壹月的開始，月有大月和小月，大月30日，小月29日。起初僅以大、小月相間安排歷日，這表明人們以為壹朔望月長度等於29.5日。後來，更有連大月的出現，即在若幹個大、小月相間的月份後，安排兩個連續的大月，這證明人們已經知道，壹朔望月的長度應略大於29.5日，這是對朔望月長度測算的壹次重大進步，雖然此時對連大月的安置尚無壹定的規則。
再次，殷商時期已明確使用幹支紀日法，建立起了逐日無間斷的日期記錄的系列，從而提供了較準確地探求月、年等更長的時間單位的重要基礎，同時也為歷史年代學提供了重要的依據。幹支紀日法順序循環，幾乎沒有中斷地連續使用到今天，成為世界上最長的紀日方法。
再其次，商代已將壹天分為若幹不同的時段，甲骨文中可見的時段專名有：明（旦）、大采、大食、中日、小食、小采、昏（暮）等，這是壹種把白晝均分為六個時段的方法。有人認為，把壹天分為百刻的制度，亦自此始。(4)
這些便是商代歷法對於年、月、日、時刻安排的大體情況，西周歷法與之大同小異。在金文中，亦有不少十三月的記載，並以“胐”（新月）為壹月的開始，均為明證。但《詩·小雅·十月之交》有：“十月之交，朔月辛卯，日有食之”的記載，據研究，這當指公元前735年11月30日發生的壹次食分很大的日偏食，(5)這是我國典籍中關於朔日的最早記述。由此看來，大約在西周後期已有以朔代替胐為月首的嘗試。由於朔並無具體的天象與之對應，它必須在測知比較準確的朔望月長度後，以推算的方法求得，所以朔的概念的建立和應用，乃是歷法史上的壹大進步。
此外，金文中經常出現初吉、既生霸、既望和既死霸四種名稱，對此，古今眾說紛紜。壹為定點月相說，認為它們分別代表每月特定的某壹天或某二、三天，近二千年來人們多宗此說。壹為四分月相說，認為西周時是將壹個月均分為四份，每份約為七天，初吉等依次為各份的專有名稱，此說起於近代王國維，壹度廣為史學界接受。本世紀四、五十年代以後，新說又起，現在有壹種比較合理的解釋是：初吉系指初幹吉日，即每月上旬的吉日；既生霸和既死霸分別指每月的上半月和下半月；既望則指滿月或其後的壹、二天。(6)這些解釋孰是孰非有待進壹步論證。
三、對天象的觀測與記錄
從遠古時期開始，人們就已經註意對天象特別是奇異天象的觀測。在殷商時期的甲骨文中，我們看到了古人對有關天象的真切記錄，這些記錄往往是與預蔔人事兇吉等占蔔活動聯系在壹起的，它們涉及日月食、日珥、新星等異常天象。
“貞，日有食”；“癸酉貞日夕又食，唯若。癸酉貞日夕又食，匪若”等，這是關於日食的記錄。“六日□午夕，月有食”；“庚申，月有食”；“旬壬申夕，月有食”等，這是關於月食的記錄。它們都是發生在公元前十三世紀以前的交食現象的記述。
“乙卯允明，三舀食日，大星”，這是指在壹次日全食時，人們不但看到了明亮的星星，還看到了在黑暗的太陽邊緣上有三條火焰升騰而起，當是關於日珥現象的記錄。
“辛未有新星”；“七日己巳夕，□有新大星並火”。這是關於新星的記錄。
此外，有人認為在甲骨文中還有太陽黑子、彗星等的記事，這還有待進壹步的研究與證認。
總之，甲骨文中已經有相當豐富的天象記錄，說明我國古代重視天象的觀測與記錄的傳統，至遲在殷商時期就已經形成，這對後世的發展產生了巨大的影響。
春秋戰國時期天文歷法體系的奠基
春秋戰國時期是我國古代從奴隸制向封建制過渡的社會大變革的時代，這時生產力得到很大的發展，促使包括科學技術在內的古代文化得到長足的進步。就天文歷法而言，前進的步伐亦明晰可見，這主要表現在對天文現象的觀測與描述由定性向定量的轉變，陰陽歷的定型，和關於宇宙的理論的湧現等等，這些都為我國古代特有的天文歷法體系奠定了基礎。隨著周室衰微和諸侯蜂起，打破了由周王朝少數天文學家壟斷天文歷法的局面。各諸侯國由於發展農業生產以及政治上的需要，都極其重視天文歷法的研究，這給流散四方的疇人子弟以施展才能的良好機會。這壹時期出現了壹批著名的天文學家，“魯有梓慎（活動於公元前550年前後），晉有蔔偃（活動於公元前650年前後），鄭有裨竈（活動於公元前500年左右），宋有子韋（活動於公元前480年左右），齊有甘德，楚有唐昧，趙有尹臯，魏有石申夫（亦名石申，後四人皆活動於公元前四世紀），皆掌著天文，各論圖驗”。(7)他們或者前後相繼，或者同時並立，在天文歷法界內形成了各樹壹幟、百家爭鳴的局面，更促進了天文歷法的發展。
壹、天文觀測的定量化與系統化
1.二十八宿系統的形成和距度的測定
二十八宿是沿天球黃、赤道帶，將其臨近天區劃分成28個區域的恒星區劃系統，其名稱依次為：角、亢、氐、房、心、尾、箕，鬥、牛、女、虛、危、室、璧，奎、婁、胃、昴、畢、觜、參，井、鬼、柳、星、張、翼、軫。1978年，湖北隨縣發掘的戰國早期曾侯乙墓中，出土有壹只漆箱蓋，上面繪有二十八宿的全部名稱，這是迄今所發現的最早的二十八宿恒星系統的完整記載。究其實，二十八宿作為壹個完整的系統形成的年代還要早些，當不遲於春秋時期。據研究，約於公元前六世紀，人們已經對二十八宿各標準星之間的赤道度距（稱二十八宿距度）進行過測量，(8)其數值留存在唐代的《開元占經》壹書中。二十八宿系統的建立，為日、月、五星以及若幹天象發生位置的確定，提供了壹個統壹的和定量化的背景依據，是為這壹時期天文觀測定量化和系統化的重要標誌之壹。
2.恒星區劃命名的系統化與《石氏星經》
將天上的恒星按壹定的方法進行區劃和命名的工作，在戰國時期取得了重大的進展，其中尤以石申和甘德的工作最為顯著，他們對恒星的區劃都自成系統。據《開元占經》記載，包括二十八宿在內，屬於石申區劃的星官有120個，計星815顆，屬於甘德區劃的星官有146個，計星687顆。他們的工作為我國古代傳統星官的區劃和命名奠定了良好的基礎。
石申還定出了120個星官的標準星具體坐標值，這樣各星官的位置和該星官中非標準星的位置都相對準確地規定了。此中，最主要的是對121個標準星（北鬥星座選取2個標準星）具體坐標值的測定，它們構成了壹個完全數量化的成熟的星表，這就是著名的《石氏星經》。這壹成果亦載於《開元占經》之中。對這121顆恒星坐標值的研究表明，許多恒星的坐標值確與石申所處時代的理論值相吻合，但另有壹些卻與東漢前期的理論值相壹致，這說明《石氏星經》並不全是石申當年的測量結果，而是石申創始的天文學派在數百年間長期觀測的總匯。即便如此，《石氏星經》亦不愧為世界上最早的星表之壹，石申也無愧為恒星坐標測量工作的先驅。
3.五星觀測的數量化
春秋戰國時期，人們對五大行星運動的觀測與研究有了重要的進步，這主要表現在以下兩個方面：
壹是對五星運動周期的測量。人們已經把行星的恒星周期（行星運行壹周天所需的時間）和會合周期（行星兩次晨見東方的時間間隔）區別開來。石申和甘德都指出木星的恒星周期為12年（應為11.86年），其實，這壹認識的產生當不遲於春秋時期。石申還指出火星的恒星周期為1.9年（應為1.88年）。而甘德又測得木、金、水三星的會合期分別為400日（應為398.9日），587.25日（應為583.9日）和136日（應為115.9日）。在長沙馬王堆出土的帛書《五星占》中，也載有木、土和金三星的會合周期，依次為395.44日、377日（應為378.1日）和584.8日，此當為戰國末年的觀測結果，與甘德當年所測的精度互有短長。
二是對五星動態的定量描述。石申和甘德已發現火星和金星的逆行現象，他們都曾形象地用“巳”字形來描述其運行的視軌跡。在《五星占》中則更具體地對木、土、金三星在壹個會合周期內的動態作了定量描述，如把金星的動態分為：晨出東方—順行—伏—夕出西方—順行—伏—晨出東方六大階段，每個階段則定出所經時日與每日運行的速度，其中對兩次順行還定出二或三個不同的速率。這就是後世得到進壹步發展的行星動態表的雛形。行星會合周期的測定和動態表的編制，已使得對行星位置的預報成為可能。
二十八宿距度的測定、《石氏星經》的出現，以及初始的行星動態度的編制等等，都證明春秋戰國時期業已有相應的測量儀器的出現，有些研究者稱之為“先秦渾儀”。(9)雖然我們還說不清這種渾儀的具體結構，但它應是漢代以後日益完備的渾儀的直接祖先，則是勿庸置疑的。
4.二十四節氣的完備
二十四節氣是我國古代天文學家的壹大創造。它曾經歷了壹個十分漫長的發展過程，起初大約僅有二至（冬至、夏至）和二分（春分、秋分），壹直到戰國時期才逐漸形成完備的二十四節氣系統：由冬至起算，每經壹年的1/24日交壹個節氣，其名稱分別為冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪。此中奇數統稱為中氣，偶數統稱作節氣。二十四節氣分別標誌著太陽在壹周年運動中的24個大體固定的位置，是對太陽周年運動位置的壹種特殊的描述形式，它們又能較好地反映壹年中寒暑、雨旱、日照長短等變化的規律。所以，它們不但具有重要的天文意義，而且對於農業生產有著重大的指導作用。二十四節氣自戰國時期得以完備之後，壹直成為我國傳統歷法的重要內容之壹，至今在廣大農村仍有旺盛的生命力。
5.天象觀測與記錄的多樣化和系統化
自春秋始，對於異常天象的觀測與記錄，呈現多樣化的明顯趨向，如彗星、流星雨、隕石等的明確記錄均首見於此時。《春秋》莊公七年（前687年）“夏四月辛卯夜，恒星不見，夜中星隕如雨”，這是世界上關於天琴座流星雨的最早記載。僖公十六年（前644年）“春王正月戊申朔，隕石於宋，五”，這是最早的隕星記事；文公十四年（前613年）“秋七月，有星孛入於北鬥”，這些關於哈雷彗星的最早記錄，等等。
此外，對若幹天象記錄的系統化又是壹大特征。如《春秋》壹書中，就有37次日食記錄，據考證，其中31次記錄是準確可靠的，(10)說明這時人們對日食觀測的重視並已使之制度化了。又如，長沙馬王堆三號漢墓帛書中，繪有形態各異的29幅彗星圖象，並賦予各不相同的名稱，這顯然是對大量彗星觀測作系統的收集與歸納的結果。其中彗尾的形態或長或短，或寬或窄，或直或屈，彗尾的條數或多或少，彗頭畫成圓圈或圓點，有的圓圈中又畫有壹個圓圈或圓點，表明人們已經註意到彗頭的結構層次，這些都說明戰國時期人們對彗星觀測已經達到了比較精細的程度。
二、古四分歷法
東漢時期的四分歷，故通稱古四分歷。該歷的朔望月長度可由回歸年長度和閏周推得：十九年七閏，即十九年有19×12＋7=235個朔望月，有19×
取得如此明確的回歸年和朔望月的長度值，在調整兩者之間的關系時，也未曾尋得如此規整的閏周，於是在歷日的安排中，往往出現多閏或失閏的現象。所以，古四分歷的出現，標誌著陰陽歷完成了從不穩定的、帶有某種隨意性的形態向明確的、規整的形態的過渡。
在歐洲，古代希臘人默冬在公元前432年所發現的閏周，羅馬人於公元前43年采用的儒略歷所取的回歸年長度，分別與古四分歷相同，所以，古四分歷的這三個基本數據在當時世界上是居於領先的地位的。
春秋戰國時期，各諸侯國分別使用黃帝、顓頊、夏、殷、周、魯六種歷法，合稱古六歷。其實，它們都是四分歷，即都采用上述三個基本天文數據，只是所規定的歷法起算年份（歷元）、每年開始的月份（歲首）和每日起始的時刻有所不同而已，歷元不同是由於各家觀測年代的先後與觀測精度的差異造成的，而後二者則純屬人為的不同規定。
到戰國時期，古四分歷的內容日趨豐富。如它們都以為冬至時太陽位於牽牛初度，這說明對於太陽所處恒星間位置的推算，已是這時歷法的重要內容之壹，那麽二十八宿的測定結果亦已引入歷法中，也當無疑問。此外，二十四節氣以及五星位置的推算也已是歷法的組成部分。