I risultati conseguiti attraverso l'osservazione del cielo nel mondo antico appaiono strabilianti se si pensa che si lavorava a occhio nudo. Eratostene, partendo dalle differenti lunghezze delle ombre proiettate dal Sole a Alessandria e a Siene, stimò la circonferenza terrestre. Ipparco di Nicea, rapportando alle dimensioni dell'ombra della Terra le dimensioni apparenti della Luna, determinò la distanza di quest'ultima con buona approssimazione. Tolomeo catalogò con precisione le posizioni di 1025 stelle fisse. A occhio nudo e col sussidio di grandi quadranti murali o del triquetro, si compivano le osservazioni per registrare il variare dell'altezza del Sole nel corso dell'anno. Impiegando strumenti armillari, grandi sestanti e quadranti mobili si misurarono le coordinate dei pianeti per descriverne i moti lungo lo zodiaco e, in seguito, le loro orbite nello spazio. Grazie ai metodi geometrici per la risoluzione dei triangoli sferici si sfruttarono le distanze angolari fra le stelle per individuarne le posizioni relative in modo sempre più accurato, così da redigere splendide mappe e planisferi celesti.