I primi orologi solari comparvero nell'antico Egitto, dove si delinearono anche le due grandi categorie in cui si possono suddividere: monumentali e portatili.

Il primo orologio solare portatile conosciuto risale a circa il 1500 a.C.; la lunghezza dell'ombra proiettata da un indice su un regolo orizzontale segnava l'ora della mattina e, girando lo strumento, l'ora del pomeriggio. I primi orologi solari monumentali erano invece costituiti dai grandi obelischi; la direzione e la lunghezza dell'ombra proiettata sul terreno permetteva di stabilire l'ora del giorno.

Nell'antica Grecia e nell'Impero Romano furono ideate le meridiane, che funzionavano anch'esse sul principio della proiezione dell'ombra. L'ora del giorno è infatti indicata nella meridiana dall'ombra dello stilo, o gnomone, che lambisce le linee orarie tracciate all'interno d'una superficie sferica, oppure sopra un piano orizzontale o verticale.

Con la ripresa degli studi sulle proiezioni, furono realizzati nel Rinascimento oggetti dalle forme più curiose: a coppa, a ottaedro, a dodecaedro, a cilindro. Lo stilo che vi proiettava l'ombra era a spillo, a bandiera o a triangolo. In alcuni orologi solari tascabili lo stilo era costituito da un filo teso fra il coperchio e la base. Una piccola bussola permetteva di orientarli rapidamente.

Nuovi orologi solari monumentali trovarono collocazione nelle grandi cattedrali. Nella facciata, nel tetto o nella cupola si praticarono dei piccoli fori per proiettare un raggio di Sole su una linea meridiana tracciata lungo il pavimento. Il raggio luminoso centrava tale linea esattamente a mezzogiorno. In questo modo era possibile regolare gli orologi meccanici, che non potevano competere in precisione con gli orologi astronomici.