在以采集和漁獵為生的舊石器時代，我們祖先已經對寒來暑往的變化、月亮的圓缺、動物活動的規律、植物生長和成熟的時間，逐漸有了一定的認識。新石器時代，社會經濟逐漸進入以農、牧生產為主的階段，人們更加需要掌握季節的變化規律，以便安排農事。我國古代的天文歷法知識就是在生產實踐的迫切需要中產生出來的。根據考古學和古文獻資料確切可知，新石器時代中期，我們祖先已開始觀測天象，并用以定方位、定時間、定季節了。
當時，人們已經有了一定的確定方位的方法。最早大概是很簡單地以日出處為東，日沒處為西。進一步的觀測使人們發現，一年內日出與日沒因時間而異，且有較大的變化，但每天日影最短時太陽的方位則是不變的，于是就把這時太陽的方位作為定南北方向的依據；其后就有了觀測一天內太陽的出沒方向，先定出東西，再定出南北的定位方法。
在農牧業發生的初期，人們是根據物候現象來掌握農牧的時節的。我們的祖先最早大約很重視對紅色亮星“大火”（心宿二）的觀測。傳說早在顓頊時代就有了“火正”的官，他專門負責觀測“大火”，根據其出沒來指導農業生產。后來曾有一段時間，由于氏族混戰，觀測中止，結果造成了很大的混亂。到帝堯時設立羲和之官，恢復了火正的職責。據推算，約在公元前 2，400年左右，黃昏在東方地平線見到“大火”時，正是春分前后，即正是春播的時節，所以關于“火正”的傳說當是可信的。像這樣以觀測天象來確定四時季節的方法叫“觀象授時”。
古史還相傳黃帝時代已有了歷法。不過，近年有人認為，獲得考古資料印證的，還是關于帝堯時已有歷法的傳說。《尚書?堯典》中說，帝堯曾組織了一批天文官到東、南、西、北四個地方去觀測天象，以編制歷法，向人們預報時節。
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