公元前3000年左右，两河流域如今伊拉克一带的巴比伦人已经能区分太阳和行星，并留下了对金星、火星、木星运动的观察记录。依靠当时比其他区域相对丰富的数学知识，发展出黄道12宫以及年、月、日、时、分、秒的概念，在今天依然在使用。

公元前1000多年，我国《尚书·胤征》中就记录了一次日食，一些研究者认为这次日食发生在公元前2137年10月22日，这比国外最早的古巴比伦的记录早了三百一十多年。春秋时代，《春秋》中所记录的由公元前770年到公元前476年中的37次日食，这些日食通过后世的计算核对，有33次是完全可靠的，目前是日食记载最早的文献。

公元前800年，印度天文学家Yajnavalkya提出了一个以日心为中心的宇宙概念，地球是球形的，太阳位于球体的中心。

公元前280年左右，古希腊天文学家和数学家阿里斯塔丘斯提出了他对日心说模型，以太阳为中心，地球只不过是一颗卫星绕其运行，当时很少有人认真对待这个理论。

公元前270年左右，古希腊人埃拉托色尼根据亚历山大港之间正午时分不同的太阳高线及三角学计算出地球的直径，按照相似三角形的比例关系，已知两地之间的距离，便能测出地球的圆周长。

公元前613年，《春秋左传·鲁文公十四年》记载“秋七月，有星孛入于北斗。”，这是世界首次关于哈雷彗星的确切记录。

公元前168年左右，在1972年马王堆汉墓考古中发现了最早的彗星图。

公元前130年，古希腊天文学家、数学家，三角函数的创立者希帕库斯绘制了包含一千多颗太阳的星图，通过学习和研究巴比伦天文资料，希帕库斯将圆角分为360度。

140年，古希腊托勒密出版了他的《天文学大成》，其中列出了48个星座，并认可地心说的宇宙观，成为毋庸置疑的观点延续了近1500年。

1054年，《宋会要》记载“至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日”，当时宋代的天文官员们司天监不知道发生了什么事情，而千年后的我们知道这是一次超新星爆炸，现代天文学家们还找到了那次超新星爆炸事件的遗迹，位于金牛座的蟹状星云。

1543年，波兰的医生尼古拉斯·哥白尼业余时间写成的《天体运行论》出版了，这时的他即将走完70岁的人生，书中包含了他关于地球绕太阳运行的理论。前面说过早有人提出日心说，当时没人重视，后来教会极力拥护地心说，排斥其他观点，等到这本书出版落成发布开来，逐渐形成主流观点，很多时候就认为是哥白尼提出了日心说。

1576年，丹麦天文学家第谷·布拉赫对行星的位置进行了准确而全面的观测，进一步证明哥白尼体系优于托勒密体系。

1608年，荷兰眼镜商汉斯·利珀希发明了折射望远镜，为天文学家借助望远镜观看星空开创了条件。

1609年，开普勒发现了行星运动的三大定律，区别是轨道定律、面积定律和周期定律。这三大定律可区别描述为：所有行星区别是在大小不同的椭圆轨道上运行;在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等;行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名。

1610年，伽利略宣布了他对太阳上的斑点、月球上的陨石坑和木星的四颗卫星的观测结果，证明并非所有东西都绕地球轨道运行，试图捍卫以日为中心的宇宙模型，这使他与强大的教会发生了直接冲突，最终因异端邪说而受审，被迫放弃，并被判处在软禁中度过余生。

1631年，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点在日面上由东向西徐徐移动，人类首次观察到了“水星凌日”，早在两年前开普勒就预测了这一稀奇天象。

1668年，艾萨克·牛顿爵士发明了第一台反射式望远镜，它使用曲面镜来观察更远的宇宙，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。

1687年，艾萨克·牛顿出版了那本著名的《自然哲学的数学原理》，在开普勒、伽利略等人的基础上进行深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律。他把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系，正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的首次大统一。

1705年，哈雷出版了《彗星天文学论说》，书中阐述了1337-1698年出现的24颗彗星的运行轨道。他还指出，在1531、1607和1682年出现的三颗彗星可能是同一颗彗星，每隔76年回归一次的周期规律，并预言它将于1758年重新出现，这个预言被证实了，后来这颗彗星也得到了名字－哈雷彗星。

1725 年，英国天文学家约翰·弗拉姆斯蒂德的《不列颠星表》修订后出版，书中提到了几个“星云”和“云雾状太阳”，这是最早的星表。

1781年，英国天文学家威廉·赫歇尔用自己设计的大型反射望远镜发现了天王星及其天卫星3、木星及其木卫4、土星和其两颗卫星土卫1、土卫2，观察到了太阳的空间运动、太阳光中的红外辐射，还编制成第一个双星和聚星表，出版星团和星云表，被誉为“太阳天文学之父”，

1784年，法国天文学家查尔斯·梅西耶发表了《梅西耶星团星云列表》，给星云、星团和星系编上了号码M1~M110，列表中这些天体都被称为“梅西耶天体”。

1798年，法国天文学家拉普拉斯提出了黑洞的概念。

1800年，英国天文学家威廉·赫歇尔通过棱镜分解阳光，发现了不可见的红外线，这为光谱学奠定了基础。

1801年，意大利天文学家朱塞佩·皮亚齐发现了第一颗小行星，并定名为“谷神星”。

1838年，德国天文学家弗里德里希·贝塞尔运用视差法首次对太阳系外的太阳距离进行测量。他把目标选为天鹅座的天津增廿九天鹅座61，测出的距离为66万天文单位，即99万亿公里。

1843 年，德国业余天文迷 Heinrich Schwabe声称发现了太阳黑子的活动周期。

1846年，德国天文学家伽勒首先实地观测到了海王星，并且证实了它是一颗新行星。

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表的题为《论动体的电动力学》，提出的区别于牛顿时空观的新的平直时空理论狭义相对论，然后在1916年提出了他的广义相对论，奠定了他在物理学上的伟大地位。

1906年，丹麦天文学家赫兹普龙建立了测量太阳亮度的标准，提出了“绝对星等”的概念，也就是“光度”，他指出银河系中90%的太阳的颜色与“绝对星等”之间存在关系。

1916年，德国物理学家卡尔·施瓦茨柴尔德利用爱因斯坦的广义相对论为黑洞理论奠定了基础。

1920年，天文学家在遥远星系中发现的红移当时被认为是星云。

1923年，美国天文学家哈勃Edwin Hubble发现新星系“仙女座星云”是一个远远超出我们自身的星系。

1929年，哈勃发现宇宙正在膨胀，星系离我们越远，离我们越快。两年后，比利时的Georges Lemaître提出，这种扩张可以追溯到最初的“大爆炸”。

1930年，美国天文学家克莱德·威廉·汤博发现了冥王星Pluto。

1937年，格罗特·雷伯在美国建造了第一台射电望远镜。

1957年，俄罗斯人造卫星1号成为第一颗环绕地球运行的人造物体，标志着宇宙时代的开始。

1962年，星际探测器“水手2号”Mariner 2首次到达行星，揭开了人类探测金星的序幕。

1964年，星际探测器“水手4号”Mariner 4首次到达火星，传回了第一张火星表面的照片，成为人类第一个成功到达火星的无人宇宙飞船。

1965年，美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在贝尔实验室检测到来自天空各个部分的微弱无线电信号宇宙微波背景。

1967年，剑桥大学卡文迪许实验室的安东尼·休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔首次发现了脉冲星Pulsar。

1969年，尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林登上月球，人类首次在月球上行走。

1977年，旅行者1号宇宙飞船发射，人类开始探索外太阳系。

1990年，哈勃宇宙望远镜发射后，最终将产生遥远太阳、星云和星系的壮观图像。

1992年，冥王星之外的第一个天体被发现了，首次发现系外行星。

2003年，美国教授布朗带领团队发现了许多外海王星天体阋神星Eris, 赛德娜Sedna, 鸟神星Makemake, 妊神星Haumea等。

2008年，TC3成为在撞击苏丹之前发现并追踪到的第一个撞击地球的流星体。

2011年，天文学家首次抓拍到黑洞吞噬太阳的过程，这被认为是目前宇宙最神奇、最震撼的情景。照片中的黑洞仿佛魔鬼一般，将一颗接近它的太阳瞬间撕碎变成发光等离子体后消失无形。据悉，照片中的黑洞距地球约40亿光年。

2015年，人类首次直接探测到了引力波信号，这一发现打开了人类观测宇宙的一扇新窗户。在13亿光年外，两个黑洞相互绕转、扭曲地融合在一起，辐射出携带着黑洞的质量和自旋信息的引力波。这个事件被命名为GW150914。

2017年，科学家们首次发现一颗星际小行星1I/2017 U1 ‘Oumuamua’穿越太阳系。