古时候没有钟表，人们根据太阳影子的长短来判断时间。中国古代很早就用日晷计时。河南省登封县告成镇现存元代的一个观星台遗址，它台高约9.5米，台下有长约31.2米的南北向的"量天尺"，这是当时先进的计时建筑。
用日影测时受气象限制，很不方便。于是人们发明了漏沙计时的"沙钟"，燃香计时的"火钟"，滴水计时的"水钟"。我国北宋苏颂等人发明了"水运仪象台"，它是最早采用齿轮的机械计时仪，被已故著名科学史专家李约瑟誉为"现代天文钟的鼻祖"。
17世纪中叶，意大利科学家伽利略发现了单摆的等时性。1656年，荷兰物理学家惠更斯利用这一性质制出了第一个实用的机械摆钟，从此人类掌握了比较精确的测量时间的方法。1658年英国物理学家胡克发明了有摆轮的怀表，1760年具有时、分、秒三个针的怀表问世，机械表更加具有实用价值。最精确的机械钟要数1920年问世的邵特钟，它一昼夜误差只有千分之一秒，被当时的天文台用来作天文钟。
但是机械钟怕震，一次小地震就可能使它停摆或产生较大的误差，而且它的精度不能再提高了。20世纪30年代石英钟问世了，它一昼夜误差只有万分之一秒，充当了天文钟的角色。
后来人们发现某些物质的分子或原子有更为稳定的计时功能，于是出现了原子钟。世界上第一台原子钟1949年在美国造出。原子钟运行3000多年才产生1秒的误差，所以目前天文台使用的都是原子钟。