渾天儀是渾儀和渾象的總稱。渾儀是測量天體球麵坐標的一種儀器，而渾象是古代用來演示天象的儀表。它們是我國東漢天文學家張衡所製的。在繼承隋唐五代以來曆法成就的基礎上，北宋時期的天文技術人員對曆法差失的原因已經有了較為明確的認識，其中認識之一就是認為，日月星辰的運動，隨著歲月的流逝，積累的誤差就會顯現，因此，以原來的曆法考校就會有差失，曆法也就必須做相應的變更。宋神宗熙寧七年（1074年），皇帝命沈括對舊渾儀進行改造。沈括帶領一批技術人員，先是取消白道環，然後校正渾儀軸，雖然取得了很大進步，但熙寧八年（1075年）頒行的《壽元曆》等均不盡如人意。沈括上書朝廷，要求製作精密觀測儀器。因為觀測數據和推算方法是編製曆法準確度的關鍵，而觀測數據的準確度又取決於觀測儀器的精度。1086年，蘇頌奉命檢驗當時太史局使用的各種渾儀，他想到沈括的建議，同時他也覺得應該有表演天象的儀器和渾儀配合使用，於是他向皇帝奏請要研製一種渾儀、渾象和報時裝置結合在一起的大型天文儀器。
雖然有了主持修撰醫書的組織經驗，並且蘇頌兒時就對天文極感興趣，時常把玩家中收藏的渾天儀小樣，並漸漸心有所悟；他於曆法也有研究，十六歲便作有以天文曆法為內容的《夏正建寅賦》；參加進士科考那年，試題為《曆者，天地之大紀賦》，結果蘇頌名列第一。盡管如此，蘇頌內心卻十分清楚，這次所擔當的重大任務，顯然比修撰醫書更為艱巨。
蘇頌接受這項科技工作後，首先是四出走訪，尋覓人才。他發現了吏部令史韓公廉通曉《九章算術》，而且還通曉天文、曆法。蘇頌立即奏請朝廷，請求調韓公廉專門從事水運儀象台的研製工作。接著，他走出汴京到外地查訪，發現了在儀器製造方麵學有專長的壽州州學教授王沇之，隨後他又考核了天文機構的原工作人員。最後，他奏請朝廷把優秀的人員調到天文機構或留在天文機構，以此來協助韓公廉工作。