天是古代先民最早的研究對象。天是怎樣形成的？天上的日月星辰是怎樣運行的？四時的變化跟農業、跟人們的日常生活關係最緊密，天為什麽會有四時的變化？這些問題，從遠古到近古，人們一直在探討。
遠古的神話傳說說：天是盤古用斧子劈開的。“天地混沌如雞子，盤古生其中，萬八千歲。天地開辟，陽清為天，陰濁為地。”[1]原來的天地混沌如雞蛋，盤古劈開天地後，“頭為四嶽，目為日月，脂膏為江海，毛發為草木”，才有了自然世界。而人，是女媧用土捏成的。先民們認為，日月的運行，是天上的羲和和望舒駕駛著太陽車和月亮車在行駛。山有山神，水有水神，人們不能駕馭和掌握的地方，全由各式各樣的神掌管著。人們解決不了的事，他們都希望神來幫他們解決。因此祭祀和享神成了最重要的事，成為他們征服自然力理想的寄托。
進入文明時代，天文、祭祀、卜蓍之事有專門的文化人管理，這才有可能把以前分散的、零星的天文曆法知識進行整理，並以此為基礎進行較係統的天文觀測和計算。商周時的史、祝等人員就是專門從事此類工作的官員。殷墟出土的甲骨卜辭，有不少天文曆象的記載。那時的天文曆算和卜蓍占星是結合在一起進行的，科學和迷信糾結在一起，所以我國古代的天文學都帶有迷信的色彩，這是古代天文學的特點。
《大戴禮記·夏小正》是成書於春秋時代的物候學著作，裏邊記載有不少夏代的天文氣象材料。《禮記·禮運》記載孔子的話說：“我欲觀夏道，是故之杞，而不足征也；吾得夏時焉。”《夏小正》從首至尾按十二月次第詳細而有條不紊地記載了當時星宿出沒、候鳥往來、草木榮枯、蟲禽鳴蟄等的情況，可以看作是我們的祖先在長期的農業實踐中從大自然所吸取的時令氣候的總結。後世的《月令》大都是承襲《夏小正》的體例而加以發展，說明《夏小正》觀察的正確性。《書·堯典》有關於“四仲中星”的記載：“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。”這是用恒星黃昏時在正南方天空出現的情況來判定季節的方法。黃昏時看到鳥星升到中天是仲春，這時晝夜長短相等；大火星升到正南方是仲夏，這時白晝最長；虛星出現於中天是仲秋，此時晝夜時間又相等；昴星出現於中天是仲冬，此時白晝時間最短。仲春、仲夏、仲秋、仲冬就是後來說的春分、夏至、秋分、冬至四個節氣，這最晚在商末周初的實際天象已經觀測到。