在以采集和渔猎为生的旧石器时代，我们祖先已经对寒来暑往的变化、月亮的圆缺、动物活动的规律、植物生长和成熟的时间，逐渐有了一定的认识。新石器时代，社会经济逐渐进入以农、牧生产为主的阶段，人们更加需要掌握季节的变化规律，以便安排农事。我国古代的天文历法知识就是在生产实践的迫切需要中产生出来的。根据考古学和古文献资料确切可知，新石器时代中期，我们祖先已开始观测天象，并用以定方位、定时间、定季节了。
当时，人们已经有了一定的确定方位的方法。最早大概是很简单地以日出处为东，日没处为西。进一步的观测使人们发现，一年内日出与日没因时间而异，且有较大的变化，但每天日影最短时太阳的方位则是不变的，于是就把这时太阳的方位作为定南北方向的依据；其后就有了观测一天内太阳的出没方向，先定出东西，再定出南北的定位方法。
在农牧业发生的初期，人们是根据物候现象来掌握农牧的时节的。我们的祖先最早大约很重视对红色亮星“大火”（心宿二）的观测。传说早在颛顼时代就有了“火正”的官，他专门负责观测“大火”，根据其出没来指导农业生产。后来曾有一段时间，由于氏族混战，观测中止，结果造成了很大的混乱。到帝尧时设立羲和之官，恢复了火正的职责。据推算，约在公元前 2，400年左右，黄昏在东方地平线见到“大火”时，正是春分前后，即正是春播的时节，所以关于“火正”的传说当是可信的。像这样以观测天象来确定四时季节的方法叫“观象授时”。
古史还相传黄帝时代已有了历法。不过，近年有人认为，获得考古资料印证的，还是关于帝尧时已有历法的传说。《尚书?尧典》中说，帝尧曾组织了一批天文官到东、南、西、北四个地方去观测天象，以编制历法，向人们预报时节。
