Astăzi există o distincție clară între astronomie și astrologie, dar în perioada antică aceste delimitări nu erau atât de clare. Ambele domenii de studiu foloseau observații comune, dar pentru scopuri diferite.
Scopurile practice includeau navigarea, dezvoltarea calendarelor anumitor date sau evenimente pentru plantarea culturilor. Astrologia era folosită pentru interpretarea fenomenelor cerești ca semn al comunicațiilor divine.
Cu mult înaintea inventării telescopului, observarea cerului se putea realiza doar cu ochiul liber. Aceasta restricționa studiile astronomice la stele, Lună, Soare și cele 5 planete, Mercur, Venus, Marte, Jupiter și Saturn.
În unele locuri, culturile timpurii asamblau structuri de piatră despre care se crede că ar fi avut ca scop observația astronomică. Cea mai cunoscută astfel de structură este cea de la Stonehenge din Anglia, a cărei construcție a început undeva în jurul anului 3100 Î.Hr. Felul în care este dispus include o funcție de observator ceresc, ce ar fi permis predicții ale eclipselor, solstițiilor, echinocțiilor și a altor evenimente cerești importante pentru religiile de la acea vreme.
Unul dintre primele dispozitive arheo-astronomice cunoscute este un cerc de piatră din Nabta Playa din sudul Egiptului. Situl este vechi de aproximativ 6000-6500 de ani. Două perechi de pietre verticale stau față în față pe marginile cercului, definind o vedere ce ar fi marcat răsăritul soarelui la solstițiu, reprezentând începutul unui calendar preistoric.
Calendarul egiptenilor antici avea 365 de zile, era divizat în 12 luni a câte 30 de zile, plus 5 zile la sfârșitul anului. Era mai scurt cu un sfert de zi față de anul solar, ducând la problema unui an care se pierdea și ce necesita frecvente corecții astronomice. Observarea stelelor era importantă în prezicerea inundațiilor anuale ale Nilului. Astronomia egipteană timpurie era strâns legată de astrologie. De exemplu, Soarele era considerat a fi un zeu mare numit Ra. Cei mai mulți egiptologi consideră că piramidele au fost construite în așa fel încât să se alinieze cu anumite stele.
Mesopotamia este considerată a fi leagănul astronomiei și astrologiei ca domenii organizate de studiu. Babilonienii au fost cei care au dezvoltat un sistem numeric sexagezimal, din care a rezultat ora de 60 de minute, ziua de 24 de ore și cercul de 360 de grade. Ei au fost primii care au recunoscut că fenomenele astronomice sunt periodice și care au aplicat matematica în previziuni. Ei au dezvoltat ideea de săptămână cu 7 zile și un calendar cu 12 luni pe baza ciclurilor Lunii, împreună cu anotimpurile de iarnă și vară.
În aproximativ 1800 Î.Hr. au realizat primul catalog al stelelor. Babilonienii au observat că o parte din stele rătăceau în raport cu altele și chiar retrogradau. Aceste mișcări au fost limitate la o centură îngustă la un unghi de aproximativ 23 de grade de ecuator. Centura (Zodiacul) a fost împărțită în 12 secțiuni, fiecare fiind numită după o constelație sau stele fixe din secțiune. Cum nu existau teorii cosmologice, pentru a lega observațiile și calculele astronomice, vidul a fost ocupat de astrologie, care interpreta evenimentele cerești ca semne mistice. Mișcările Soarelui, Lunii și planetelor erau considerate activitatea zeului respectiv.
Între secolele al VIII-lea și al VII-lea Î.Hr., astronomii au dezvoltat o logică internă în cadrul sistemelor de date și observație pentru a îmbunătăți puterea de predicție, contribuind la dezvoltarea lor într-o știință.
Mayașii au fost astronomi desăvârșiți. Ei venerau Calea Lactee, considerând-o Copacul Lumii. Ei au construit observatoare în majoritatea orașelor, iar structurile importante erau aliniate cu mișcările copurilor cerești. Observaţiile lor i-au determinat să realizeze un calendar.
Aztecii erau observatori ai naturii în toate ciclurile sale, stelele, succesiunea anotimpurilor, nașterea și moartea plantelor și animalelor. Aceste observații informau multe aspecte ale vieții, de la crearea calendarului la integrarea ciclurilor de timp în poveștile zeilor și la organizarea ritualurilor la timpul și locul corect. Evenimentele astronomice imprevizibile erau văzute ca semne. Cometa văzută de Montezuma înainte de sosirea spaniolilor a fost interpretată ca avertizarea unei crize iminente.
Aztecii foloseau 2 sisteme calendaristice. Primul avea 365 de zile divizat în 18 luni a câte 20 de zile, iar zilele rămase erau considerate ghinion. Al doilea calendar era format din 260 de zile. Calendarul de piatră este cea mai faimoasă relicvă aztecă. Se crede că ar fi reprezentat cele 5 cicluri ale creației. La venirea lui Cortes, aztecii erau deja în ultimul ciclu al vieții.
Grecii antici au fost cei care au dat numele de „planetă”. Pitagora a fost primul care s-a gândit că Pământul e sferic, tot el a integrat astronomia în cele 4 arte matematice. Grecii au dat prima teorie corectă a eclipselor. Aristarh din Samos a propus pentru prima dată un model heliocentric al cosmosului, cu Soarele în centru. El a calculat dimensiunile Soarelui și Lunii. Grecii au calculat raza și circumferința Pământului (subestimând-o puţin) și au mai făcut legătura între maree și Lună.
Astronomii chinezi antici au fost primii care au înregistrat pentru prima dată o eclipsă a Soarelui în 2136 Î.Hr.
Important de reținut este că majoritatea civilizațiilor antice au studiat mișcările corpurilor cerești, chiar dacă e vorba şi despre unele studii rudimentare, iar de cele mai multe ori le-au asociat cu forțe divine ce aveau un impact major asupra lor.
