Les premiers enregistrements d'observations astronomiques proviennent de dessins et d'artefacts créés par des personnes préhistoriques, documentant ce qu'ils ont vu dans le ciel. Dans les cultures anciennes, l'astronomie était liée aux croyances religieuses et mythologiques. Des phénomènes astronomiques ont été utilisés pour mesurer le temps et créer des calendriers, permettant à ces cultures de planifier des événements quotidiens et saisonniers.
Les motifs dans le ciel nocturne formés par la connexion des étoiles à l'aide de lignes imaginaires sont appelés constellations. Les premières constellations ont été définies par les premières cultures. Ces groupes d'étoiles reconnaissables étaient souvent liés à des histoires culturelles et à la mythologie de cultures telles que celles des Grecs, des Mayas, des Indiens d'Amérique et des Chinois. Dans l'Astronomie moderne, les constellations sont des régions bien définies du ciel, qui combinent à la fois les constellations anciennes et celles définies aux XVe, XVIe, XVIIe et XVIIIe siècles. Certaines cultures, telles que celles des Australiens autochtones et des peuples autochtones d'Amérique du Sud, ont également identifié des motifs utilisant les silhouettes sombres de la bande lumineuse de la Voie lactée.
Au fil des siècles, les artistes, les poètes, les écrivains et de nombreux penseurs créatifs ont utilisé le ciel nocturne soit comme source d'inspiration et/ou comme sujet de leur travail. Les thèmes astronomiques peuvent être vus a travers, par exemple, les peintures, les sculptures, la musique, les films et la littérature. Ces œuvres ont utilisé les motifs observables vus au cours de la nuit pour communiquer directement ou indirectement l'essence, la beauté et le mystère du ciel nocturne. L'universalité de l'art et son lien intime avec la culture peuvent donc être un moyen puissant de faire apprécier non seulement la beauté innée des objets et phénomènes célestes, mais aussi les connaissances que nous avons acquises à leur sujet. Cela augmente l'intérêt mondial pour l'astronomie et favorise une compréhension interculturelle globale par la notion d'être sous un même ciel.
Dans de nombreuses cultures anciennes, l'astronomie a été développée pour augmenter la précision des calendriers agricoles. Par exemple, les Égyptiens ont développé un calendrier basé sur leurs observations de l'étoile Sirius, l'utilisant pour déterminer les inondations annuelles du Nil.
De nombreuses civilisations ont utilisé la position des étoiles et d'autres objets célestes pour naviguer sur terre, mers et océans. La navigation céleste est toujours enseignée de nos jours.
Jusqu'à l'époque pré-moderne, la distinction entre l'astronomie et l'astrologie était vague. Aujourd'hui, l'astronomie et l'astrologie se distinguent clairement l'une de l'autre. L'astronomie est une science et l'astrologie ne l'est pas. L'astrologie utilise les positions des objets célestes pour prédire les événements futurs. Cependant, des études approfondies de l'astrologie et de ses prédictions montrent que l'astrologie n'est pas exacte dans ses prédictions et est sans fondement scientifique.
La plupart des premières cultures, à quelques exceptions près comme chez certains astronomes grecs actifs vers les 300 BCE [NdT :Le sigle « BCE » (Before the Common Era ou Before the Current Era) remplace « BC » (Before Christ)], croyaient que la Terre était le centre de l'Univers. Cette vision Géocentrique a duré plus de deux millénaires dans les cultures Européennes et Asiatiques jusqu'à ce qu’on a appelé la Révolution Copernicienne au XVIe siècle. Les astronomes modernes ont découvert que l'Univers semble n'avoir aucun centre spécifique dans l'espace.
Au 16ème siècle, Copernic a proposé des arguments pour la théorie héliocentrique selon laquelle le Soleil était le centre de l'Univers et la Terre se déplaçant autour de lui. Bien que nous sachions maintenant que le Soleil n'est pas le centre de l'Univers, c'est le centre du système solaire, la théorie de l'Héliocentrisme de Copernic était révolutionnaire à cette époque, contribuant au développement de l'Astronomie moderne.
Bien qu'il n'ait pas inventé le télescope, Galileo a été le premier à l'utiliser à des fins scientifiques. Ses améliorations du télescope réfracteurs l'ont conduit à des découvertes telles que les phases de Venus et les quatre plus grandes lunes de Jupiter, qui sont encore appelées lunes Galiléennes. Ses découvertes ont fourni des preuves convaincantes qui ont soutenu la vision Héliocentrique de l'Univers.
Certaines cultures anciennes dans de nombreuses régions du monde ont décrit la Terre comme un plan plat ou un disque dans le cadre de leur description de l'Univers. L'idée que la Terre est une sphère existe depuis quelques millénaires et a été une partie importante des visions du monde de nombreuses cultures, devenant le paradigme dominant il y a plus de 1000 ans. Il existe de nombreuses façons empiriques de vérifier que la Terre a une forme approximativement sphérique (elle est techniquement appelée sphéroïde oblate). Ératosthène, qui a mesuré la circonférence de la Terre en analysant la longueur des ombres projetées par des bâtons à différents endroits de l'Égypte ancienne (3e siècle avant notre ère), a été l'une des premières méthodes mathématiques.
