與數學相比較而言，古代美索不達米亞的天文學發展較晚。後來在公元前第一千紀後半期被蘇美爾人的繼承者巴比倫人發展成為最高科學成就之一的天文學，在蘇美爾時代幾乎沒有任何痕跡。[13]蘇美爾人把一年分為兩個季節，即夏季（Emesh）和冬季（Enten）。夏季始於2—3月，而冬季則始於9—10月。新年則可能在4—5月。月份是嚴格的太陰月，始於新月初現的那個晚上，每月29天或30天。每月的名稱通常源於農事活動或祭神的節日，各城市之間並不統一。考慮到太陰年與太陽年長短不一，蘇美爾人已懂得有規律地設置閏月。每天從日落開始，包括兩個時辰（Bêru）；夜晚被分成三更，每更四個小時。蘇美爾人采用漏壺（一種用水滴計時的鍾）計時，其形狀有點像圓筒或棱柱，他們可能還知道日晷指時針。
一、巴比倫天文學的起源
一般認為，占星術是天文學的基礎，天文學起源於占星術，美索不達米亞的天文學似乎也不例外。但美索不達米亞人的占星術與現代意義上的占星學（Horoscopic Astrology）不同，現代意義上的占星學認為，人從降生那一刻起，其命運就與天體的位置有關，因此它主要預測個人的命運。這種占星學在美索不達米亞出現較晚，大約在公元前第一千紀的下半葉。在此之前美索不達米亞流行的是“‘天罰’占星術”（Judicial Astrology），其目的是根據天體運行或自然現象來預告國家的前途、命運，諸如豐收、災害及戰爭與和平等。有一批水平較高的專家定期向國王報告，陳述他們所觀察到的天文現象，並把它們與國家大事聯係起來進行解釋。例如，亞述帝國時期占星術士致國王的報告中，有以下幾例：
當在阿亞爾月（約當五月）打雷時，穀物和蔬菜將歉收；當在沙巴特月（約當二月）打雷時，將發生蝗患；當在沙巴特月打雷時，將有冰雹。