我国元代在科学技术和文化艺术方面，具有很高的成就。当十三、十四世纪的欧洲还处在“黑暗时代”时，而元代的科学家们却以许多巧思绝人的发明创造，使我国科技水平在世界上居于领先的地位。在元代众多的科学家中，郭守敬最为杰出。
郭守敬（1231—1316年），字若思，顺德邢台（今河北邢台）人。他的祖父郭荣，是个精通五经、算术、水利的专家。郭守敬耳濡目染，从小就喜欢观察自然，探索事物的奥秘，还特别喜欢制作各种器具。祖父见他很有天赋，便将他送到好朋友刘秉忠那儿学习。这刘秉忠“学问渊博，于天文地理律历无不通晓，议论天下事了如指掌”。在其门下，郭守敬大开眼界，学到了许多终身受用的基础知识。
郭守敬观察力敏锐，动手能力很强。在十五六岁时，他得到一份《石本莲花漏图》。“莲花漏”是北宋人燕肃创造的一种计时器，计时准确，但结构复杂。燕肃在创制时，曾留下一幅图样，后来有好多能工巧匠对图样反复研究，却不能琢磨出其中奥妙。未及弱冠的郭守敬动了一番脑筋，竟然摸清了它的原理和内部结构，还照图复制了一具。后来他又得到《尚书璇机图》，就按图用竹篾制成仪器，用土筑成台基，自己观察起星空来了。
郭守敬对水利特别感兴趣，积累了不少这方面的知识。他二十岁那年，邢台地方政府决定修复北郊石桥，想利用过去的桥基，但桥基早已深埋泥淖，确切位置不知所在。正当人们一筹莫展时，郭守敬精心查勘，终于探明了方位，挖出了桥基，为修桥节省了大量的人才和物力。他三十二岁时，老师刘秉忠的朋友张文谦把他郑重地推荐给忽必烈。在接受召见时，郭守敬面陈水利六事，提出对华北平原水利建设的意见。忽必烈大加赞赏，连连点头，当即任命他为提举诸路河渠。次年，他又升任副河渠使，参加各地的水利工程设计。
郭守敬同张文谦一起视察西北地区的水利建设，整治了宁夏一带的大小古渠七八十条，灌溉农田九万多顷。公元1265年，他升任都水少监。他根据对水道的精心测量，提出建议，以大都东面的海平面为基准，参校大都至汴梁地形高低的差别，以期使水利建设更具科学性，实际上这是最早形成和运用了标高（海拔）的概念。在他年过花甲时，他了解到，元大都每年必须从江南运来大量粮食，而南北运输的大运河只通到通州（今北京通县）；到通州之后，粮食卸船，改用陆上车辆运输。耗财费力无数，迫切需要修一条从大都到通州的运河。于是他不顾年迈，于公元1293年开始领导兴修这段运河。他对大都附近的地形和水文作了深入细致的勘察，发现大都西北昌平县境内的神山（今凤凰山）山麓有白浮泉，水清量大，西山还有许多小股泉水，可满足运河所需的水源。但问题是，在白浮泉与大都之间有两道河谷低地，比大都低十几米，势必成为水流通向大都的障碍。对于这一看似无法解决的难题，郭守敬拟定了创造性的施工方案：他不是把白浮泉水直接引向东南，相反引向西行，再折向南流，沿西山山麓注入瓮山泊（昆明湖前身）。又以瓮山泊接高梁河（今长河）把水引向大都，蓄水于积水潭（今什刹海），再东南流出文明门（今崇文门北），东下至通州，与大运河相接。既汇合了西山众多小股泉水，增大了水流量，又避开了河谷低地。他又在积水潭到通州之间的河道上设置许多水闸，距闸门半公里处又置斗门，以解决河床坡度过大的问题，保证舟船平稳通过。忽必烈见了这个计划，十分高兴，命令“当速行之”，还让丞相以下官员都准备工具，随时听从郭守敬的调遣。一年半后，这条长一百六十里的运河全部完工了，忽必烈赐名为“通惠河”。这一水利建设，直至清光绪二十七年（1901年）北京与通州的铁路建成前夕，一直是沟通南北的重要水路。
郭守敬在天文学方面的成就更引人注目。元初，使用的是辽、金以来沿用的《大明历》，误差渐大。公元1277年，忽必烈决定制订新的历法，成立了专门机构太史局。郭守敬感到，要制订新历，必须制造精密的天文仪器，他提出：“历之本在于测验，而测验之器莫先于仪表，今司天浑仪，宋皇蹄昃┧造，不与此处天度相符。”他决心自己动手，改造和创制天文仪器。