Le osservazioni del regolare rivolgersi degli oggetti celesti, intese a definire dei cicli temporali utili alle comuni attività, insieme al tranquillizzante desiderio che le divinità celesti favorissero la consueta regolarità di tali moti, hanno certamente favorito due correnti di pensiero: da una parte, il tentativo razionale di comprendere l'esistenza di leggi naturali e immutabili, dall'altra, il tentativo mistico di collocare nei cieli esseri soprannaturali e onnipotenti che presiedessero a quelle leggi. Nella storia del pensiero umano - e, perché no, ancora oggi - si riconoscono queste due correnti di pensiero, a volte indissolubilmente legate, a volte drammaticamente separate.
Sono queste le idee che devono avere dato inizio ai primi miti e culti stellari, che hanno un posto importante nelle varie religioni primitive. Per quanto si torni indietro nella storia dell'uomo, infatti, si incontrano pensieri e concetti di tipo cosmogonico. In tutte le epoche, in tutte le latitudini e in ogni livello di civilizzazione, l'uomo si è interrogato sulle sue origini, sulla nascita della Terra e dei cieli, sulla comparsa della vita e, evento tristemente ricorrente, sulla sua ineluttabile fine. Essendo gli interessi guidati da qualcosa di più della semplice curiosità, i nostri progenitori tentarono di formulare risposte prima di essere perfino in grado di esprimere correttamente le domande. I legami tra certi fenomeni celesti e terrestri, in particolare tra il ciclo delle stagioni e le diverse altezze del Sole sull'orizzonte e i differenti punti della sua levata furono, così, conosciuti molto presto.
Accanto ai grandi fenomeni periodici, talora ne appaiono in cielo di eccezionali, come eclissi e comete, i quali vennero interpretati come i segni divini di propositi maligni, più spesso che benigni, in quanto interrompevano la quotidiana regolarità. Allo stesso modo il comportamento irregolare di alcuni corpi celesti (i pianeti, gli "astri erranti"), rispetto al ciclico rivolgersi delle stelle, fu trovato misterioso. Così si andava sviluppando un miscuglio di astronomia, astrolatria e religione, la prima spesso al servizio delle altre due.
Prima dell'età dei greci, nelle grandi civiltà di Mesopotamia, Egitto e Cina vedevano la luce cosmologie mitiche, assieme alla divisione del cielo in costellazioni e alla misura del tempo e dei movimenti delle stelle, la quale, nei suoi incerti inizi e per millenni, non ebbe altro ausilio strumentale che l'occhio umano. Allo scopo di misurare il tempo, durante il giorno e durante l'anno, poteva venir usato lo "gnomone", un bastone piantato nel terreno, che consentiva di osservare le variazioni della sua ombra prodotte dal differente percorso del Sole. Allo scopo di osservare le variazioni nell'altezza di stelle o gruppi di stelle ed il moto irregolare dei pianeti, venivano usati strumenti, spesso normali bastoni, forniti di fessure o mirini da usare quali traguardi, che consentissero di eseguire delle semplici triangolazioni per misurare angoli o distanze, utilizzati anche da agrimensori per definire le dimensioni di un campo. Strumenti derivati da questi, con modifiche più o meno sostanziali, rimasero in uso per secoli e scomparvero solo con le invenzioni del cannocchiale e dell'orologio a pendolo. Con essi si realizzarono nel III secolo a.C. i primi cataloghi di stelle e le prime tavole di moti planetari, allo scopo di effettuare delle previsioni astronomiche e di formulare le prime teorie sul "Sistema del Mondo". Con strumenti come questi Ipparco prima e Tolomeo poi, tra il II secolo a.C. e il II d.C., costruirono quell'accurato sistema geometrico e matematico di epiclici e deferenti che, sotto il nome di Sistema tolemaico, fu portato alla perfezione dagli astronomi arabi e, infine, messo in discussione da Copernico.