中国古代极为重视“天人感应”， 天人感应，指天意与人事的交感相应。是中国古代哲学术语，是中国哲学中关于天人关系的一种唯心主义学说。古人认为天能影响人事、预示灾祥，人的行为也能感应上天。 同时也认为取得政权的天命皆来自于上天授予，故统治者也以“天子”自居。历朝历代皆设有专司观测天文的衙署、官员，随时纪录天象变化。
清代画家徐扬所绘的《日月合璧五星联珠图》
元朝至元十六年（公元1279年），天文学家王恂、郭守敬等建立了一座司天台，成为北京古观象台最早的溯源。
自明代朱棣迁都北京后，在元大都的基础上重新营建北京城，但官方天文观测机构直到明英宗正统七年（1442）才设立，明廷利用元大都的角楼旧址和土墙，新建观象台（今北京市建国门立交桥西南角的古观象台），放置了浑仪、简仪、浑象等天文仪器，从此开启了明清两代五百年的天文观测工作。
明初时订定历法，以宋代天文图为正统，舍元代不用。但到了明万历三十八年十一月丙寅日（1611年1月8日），礼部奏称钦天监屡测不验后，朝廷便广求知晓历学者一同解决历法失验、观象台建筑与天文仪器损毁等问题。
由于明廷颁授的《大统历》屡屡失验，耶稣会会士敏锐地察觉到朝廷对天文历法的重视，在士人的协助下透过传播西方天文学知识来进行传教。开启中西文化交流先驱的徐光启，便着手主导历法改革，由于传教士带来的西洋计算方式精确地预测天象，崇祯十六年（1643）八月，明思宗决定改用西洋历法，但名目上仍称《大统历》，可惜尚未施行明朝遂亡。崇祯十七（1644）年五月，南明弘光政权虽在南京设立历局，不过没有推展历政，因此终明之世，西历从未正式颁行。
1644年清政权建立之后，改观星台为观象台，并接受汤若望的建议，改用欧洲天文学的方法计算历书。
地平经纬仪，由来华的耶稣会德籍传教士纪理安负责督造
虽然传教士于明末成功让朝廷改采西法，但随后入主中原的满清，并没有那么快就能接受，在经历西历与回回历的争论后，传教士胜出并得到主导权。清代观象台仍沿用明代，从康熙十二年（1673）到乾隆十九年（1754），治理历法的耶稣会士南怀仁、纪理安、戴进贤与刘松龄制作了天体仪、黄道经纬仪、赤道经纬仪、地平经仪、象限仪、纪限仪、地平经纬仪与玑衡抚辰仪，全都放置在观象台上。到19世纪末为止，观象台上共有8座、台底则有2座明代的浑天仪和简仪，共10座大型青铜天文仪器，不仅是清代最重要的官方天文观测机构设备，同时也是世界级的科学文化遗产。
不过1900年八国联军攻入北京，联军总司令瓦德西看上了这几座大型天文仪器，以上头刻有阿拉伯数字，认定其绝非中国人制造为由而密谋瓜分。事情曝光后，使得攻入北京這件在西方看来相当明正言顺的救援行动（保护在华的国人），反倒成了国际抢劫。据当时清廷整理一份观象台受害报告称：“（光绪）二十七年六月中旬，洋人撤走，除将台上天体仪等仪八座、台下浑仪、简仪二座带走，衙署房屋亦被毁。而所余小象限仪、漏壶、板片、书籍等件，均被土匪乘势抢掠一空”。德国此举也引起联军内部不满，为了出兵的正当性，美军不断向瓦德西表达抗议。
玑衡抚辰仪（前）与天体仪（后），是清廷制造的八座大型青铜天文仪器之一
尽管欧美媒体多有批评、谴责，但德国仍拒绝归还，坚称天文仪器为慈禧太后所赠，将其放置在德国无忧宫內。在美国天文学会与天文学家奔走的协助下，终于让德国归还文物，1919年签署的《凡尔赛和约．第131条》载：“德国担任，于初步和约画押日起十二个月之内，将1900年及1901年德国军队未经中国政府许可而从中国移去之天文仪器及它项美术物品，归还中国。并认付归还此项物品时所需之费用，连拆卸包裹运送保险及在北京安设之费用，一律在内”，这些宝贵的天文仪器流浪了20年，才于1921年10月9日，重新安设回观象台。