L'invenzione degli strumenti matematici rispose, fin dall'antichità, alle esigenze delle osservazioni astronomiche, della navigazione e della cartografia. Alcuni degli strumenti più antichi, come la sfera armillare o la riga parallattica, furono descritti nell'Almagesto di Tolomeo, mentre agli astronomi arabi si deve la straordinaria invenzione dell'astrolabio e delle sue varianti: il quadrante, l'equatorium, il torqueto e il quadrato geometrico, strumenti utilizzati nel Medioevo, insieme al cosiddetto bastone di Giacobbe, anche per misurare le distanze terrestri e calcolare la latitudine. Dalle esigenze cartografiche e militari del Rinascimento derivò tutta una serie di strumenti che verranno spesso assemblati nelle cosiddette cassette matematiche: bussole topografiche, compassi di proporzione, compassi topografici, squadre zoppe, goniometri, compassi di calibro, archipenzoli e numerosi accessori. Nelle collezioni scientifiche delle principali corti europee del XVI e XVII secolo erano presenti anche altri tipi di strumenti matematici: strumenti topografici, orologi solari e macchine calcolatrici.