Najstaršie svedectvá o pozorovaniach nebeských telies, ako aj prvé nesporné astronomické poznatky nachádzame u starých kultúrnych národov, akými boli v Ázii Sumeri, Babylončania a Číňania, v Afrike Egypťania, v Amerike Mayovia, v Európe Briti. Obrábanie pôdy a pestovanie poľnohospodárskych plodín si vyžiadali usadlý spôsob života a veľmi skoro aj snahu pochopiť a predvídať pravidelne sa opakujúce javy prírody a oblohy.

Pravdepodobne už v 5. tisícročí pred n. l. sa začal používať na astronomické merania gnómon, jeden z najstarších prístrojov astronómie. Približne 4000 rokov pred n. l. mali Sumeri už celkom presnú predstavu o štyroch svetových stranách. Egypťania v tom čase už vedeli, že rok trvá 365 dní, že každoročne tesne pred záplavami Nílu sa ukáže na rannej oblohe hviezda Sírius (Sotis), a to približne po 70-dňovom období neviditeľnosti (19. júla, heliaktický východ Síria). Na 15. februára 3379 pred n. l. pripadá písomná správa Mayov o zatmení Mesiaca, ide však zrejme o spätný výpočet zatmenia z oveľa neskoršej mayskej kultúry. V Egypte už v 3. tisícročí pred n. l. používali na meranie času cez deň slnečné hodiny. V období 2700-2400 pred n. l. využívali Egypťania astronomickú orientáciu podľa pyramíd. Na rok 2461 pred n. l. pripadá prvá zaznamenaná konjunkcia planét v čínskych análoch; je však možné, že aj tu išlo len o spätne vypočítaný jav. Podobne treba vysvetliť i prvý záznam v čínskom katalógu o pozorovaných kométach, ktorý pripadá na rok 2296 pred n. l. Babylončania už v období 2400-2200 pred n. l. poznali päť "blúdivých hviezd" - planét, mali určitú predstavu o ekliptike a hviezdnu oblohu rozdelili na súhvezdia s názvami, ktorých väčšina sa zachovala dodnes. Vypracovanú mali aj teóriu pohybu Slnka, Mesiaca a planét s predstavou ôsmich sfér, uprostred ktorých je Zem. Približne 2000 rokov pred n. l. starí Číňania poznali pohyb Slnka už tak presne, že mohli predpovedať zatmenia Slnka a Mesiaca. Na chybu vo svojich výpočtoch zatmenia Slnka doplatili životom roku 2137 pred n. l. v Číne cisársky dvorní astronómovia Hi a Ho, lebo nesplnili svoju povinnosť ohlásiť zatmenie Slnka vopred. Z obdobia 1900 pred n. l. pochádza monumentálna kamenná stavba Stonehenge pri Salisbury v juhozápadnom Anglicku, ktorú používali Briti nielen na náboženské obrady, ale nesporne aj na astronomické pozorovania.

Roku 1361 pred n. l. v Číne prvýkrát pozorovali zatmenie Mesiaca, z roku 1216 pred n. l. pochádzajú celkom nesporné čínske pozorovania zatmenia Slnka.