De oudste astronomische gegevens, die teruggaan tot ongeveer 3000 voor Christus, worden toegeschreven aan volkeren zoals de Chinezen, Babyloniërs, Assyriërs en Egyptenaren. In deze beschavingen had de studie van hemellichamen zowel praktische doeleinden, zoals het opstellen van landbouwkalenders om de plant- en oogstperioden te optimaliseren, als religieuze en astrologische toepassingen, waarbij hemelverschijnselen in verband werden gebracht met de goddelijke wil en de voorspelling van toekomstige gebeurtenissen.

Archeoastronomische analyses van megalithische sites zoals Callanish, in Schotland; de Stonehenge cirkel, in Engeland (gedateerd tussen 2.500 en 1.700 voor Christus); en de Carnac alignementen, in Bretagne, geven aan dat deze structuren astronomische functies hadden. Studies suggereren dat deze monumenten werden gebruikt als primitieve observatoria, die het mogelijk maakten om belangrijke oriëntatiepunten aan de horizon te identificeren, zoals de uitersten van de opkomst en ondergang van de zon en de maan gedurende het jaar en de mogelijke voorspelling van eclipsen.

Stonehenge in het bijzonder heeft een opmerkelijke architectonische uitlijning, met een aantal van de stenen geplaatst om de zomer- en winterzonnewende te markeren. De hoofdlaan van het monument wijst precies naar de plek waar de zon opkomt op de langste dag van het jaar, wat getuigt van een verfijnde kennis van hemelse cycli.

Naast Europese beschavingen ontwikkelden ook andere volkeren geavanceerde astronomische systemen. De Maya's in Midden-Amerika hadden een zeer nauwkeurige kalender en een diepgaande kennis van planetaire bewegingen, terwijl de Polynesiërs geavanceerde navigatietechnieken beheersten met sterren en sterrenbeelden als gids, waardoor ze zich konden uitbreiden over uitgestrekte gebieden van de Stille Oceaan. Deze tradities laten zien dat astronomie vanaf het begin onlosmakelijk verbonden is geweest met de culturele, wetenschappelijke en technologische ontwikkeling van de mensheid.