Οι Αρχαίοι Έλληνες Φιλόσοφοι έθεσαν τις βάσεις για όλες τις επιστήμες. Ανάμεσα σε αυτές ασχολήθηκαν και με την αστρονομία.
Το μεγάλο εξελικτικό βήμα στην ελληνική αστρονομία πραγματοποίησε ο Θαλής (643 –548 π.Χ.), ο Έλληνας σοφός από την Μίλητο της Ιωνίας. Δεν γνωρίζουμε από που άντλησε ο Θαλής τις γνώσεις του περί του σύμπαντος. Οι περισσότεροι θεωρούν ότι ο Θαλής απέκτησε αστρονομικές γνώσεις κατά την διάρκεια των ταξιδιών του στην Αίγυπτο και τη Βαβυλώνα.
Το 585 π.Χ. τα βασίλεια των Λυδών και των Μήδων πολεμούσαν σκληρά μεταξύ των. Στις 28 Μαΐου 585 π.Χ. τα αντίπαλα στρατεύματα είχαν πάρει θέσεις στις όχθες του Άλυ ποταμού. Η μάχη άρχισε σφοδρή και συνεχίστηκε για λίγη ώρα, όταν ξαφνικά ο ήλιος άρχισε να χάνεται και το σκοτάδι να πέφτει στη γη.
Οι αντίπαλοι στρατοί, φοβισμένοι, σταμάτησαν να πολεμούν, και όταν τελικώς ο ήλιος ξαναφάνηκε στον ουρανό οι αντίπαλοι βασιλείς ειρήνευσαν, θεωρώντας την έκλειψη θεϊκό σημείο.
Ο Θαλής, όπως μας πληροφορούν πολλοί αρχαίοι συγγραφείς, είχε προβλέψει την έκλειψη. Για να μπορέσει όμως να προβλέψει ένα τέτοιο γεγονός δεν αρκούσε η γνώσις της περιοδικότητας του φαινομένου, το οποίο θεωρητικώς επαναλαμβάνεται κάθε 18 έτη και 11 ημέρες (223 σεληνιακούς μήνες).
Έπρεπε επίσης να έχει σαφή γνώση των ηλιακών και σεληνιακών κύκλων, των σεληνιακών κατά πλάτος παρεκκλίσεων στην εκλειπτική και της έννοιας καθ’ αυτής του γεωγραφικού πλάτους. Ο Θαλής, εκ του αποτελέσματος, φαίνεται ότι είχε όλες αυτές τις γνώσεις, εφόσον πέραν από παρατηρητής του ουρανού ήταν και μέγας μαθηματικός, ο οποίος κατόρθωσε να υπολογίσει το ύψος των αιγυπτιακών πυραμίδων, κάτι που οι σοφοί της Αιγύπτου δεν είχαν κατορθώσει 2.000 χρόνια πριν από αυτόν. Ο Θαλής μάλιστα δεν διέθετε απλώς την γνώση για την πρόβλεψη των εκλείψεων.
Είχε κατανοήσει και την γενεσιουργό αιτία τους. Υποστηρίζεται επίσης ότι πίστευε στην σφαιρικότητα της Γης, διότι εάν η Γη ήταν επίπεδη δεν θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή οι θεωρίες του. Στον Θαλή αποδίδεται επίσης η ανακάλυψη ότι η Σελήνη είναι ετερόφωτος. Ο Θαλής όμως, ως γνήσιος επιστήμων, κατόρθωσε μέσω της επιστήμης να προσεγγίσει την απόλυτο έννοια του θείου, χαρακτηρίζοντας τον Θεό αρχαιότατο και αγέννητο, μη έχοντα αρχή και τέλος.
Μαθητής του Θαλή υπήρξε ο Αναξίμανδρος ο Μιλήσιος (611-546 π.Χ.), ο οποίος τροποποίησε τις διδαχές του διδασκάλου του, όσον αφορά την σφαιρικότητα της Γης. Αυτός όμως επιχείρησε να μετρήσει πρώτος τις αποστάσεις των πλανητών από τη Γη, αλλά και το μέγεθός τους. Επίσης πρώτος αυτός χαρτογράφησε τον ουρανό και υπολόγισε την πορεία του Ηλίου επί της εκλειπτικής.
Στην ίδια κατεύθυνση κινήθηκε και ο Πυθαγόρας ο Σάμιος, ο οποίος μαζί με τους μαθητές του, τους «Πυθαγορείους», προκάλεσε πραγματική επανάσταση στην παγκόσμια επιστήμη. Οι Πυθαγόρειοι δέχονταν την σφαιρικότητα της Γης και των λοιπών ουρανίων σωμάτων, τα οποία κινούνταν γύρω από το «πυρ».
Η διδασκαλία τους δεν διέφερε και πολύ από τις απόψεις του Θαλή. Οι περισσότεροι σύγχρονοι ερευνητές όμως δέχονται τον Πυθαγόρα και τους μαθητές του ως πρωτοπόρους των συγκεκριμένων γνώσεων.
Αυτός όμως που τεκμηριωμένα κατέληξε σε γνωστά σήμερα συμπεράσματα και ως εκ τούτου μπορεί να χαρακτηρισθεί ως ο πρωτοπόρος της παγκοσμίου αστρονομίας είναι ο Αρίσταρχος ο Σάμιος (310-230 π.Χ.), ο περίφημος μαθηματικός και αστρονόμος της αρχαίας Ελλάδος.
Ο Αρίσταρχος εξέλιξε την θεωρία περί της σφαιρικότητας της Γης και των πλανητών, του Θαλή και των πυθαγορείων και κατέληξε να αναπτύξει την θεωρία του ηλιοκεντρικού ηλιακού συστήματος, δυο περίπου χιλιετίες πριν απόν τον Κοπέρνικο. Ο Αρίσταρχος θεώρησε ως κέντρο του σύμπαντος τον Ήλιο, γύρω από τον οποίο περιστρέφονται όλοι οι πλανήτες με την εξής σειρά: Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Άρης, Ζεύς και Κρόνος.
Δυστυχώς το σύγγραμμα του δεν σώθηκε. Υπάρχουν όμως δεκάδες έμμεσες μαρτυρίες άλλων επιστημόνων της εποχής που επιβεβαιώνουν τα όσα ο Αρίσταρχος ανακάλυψε. Τόσο ο Αρχιμήδης, όσο και ο Πλούταρχος, αλλά και Λατίνοι ιστορικοί, επιβεβαιώνουν ότι πράγματι ο Αρίσταρχος, συγκέντρωσε, ταξινόμησε και επαναδιατύπωσε με ορθολογιστικό τρόπο τις προηγούμενές του γνώσεις και δοξασίες.
Πέραν των μελετών του περί του ηλιοκεντρικού συστήματος, ο Αρίσταρχος υπολόγισε τις αποστάσεις Γης –Σελήνης και Ηλίου – Γης, καθώς επίσης και τον όγκο της Σελήνης και του Ηλίου. Ένας από τους λόγους που το έργο του δεν έγινε όσο γνωστό θα έπρεπε ήταν και το γεγονός ότι ο Αρίσταρχος διώχθηκε για τις ιδέες του, οι οποίες «ετάρασσαν την ηρεμία των Ολυμπίων». Ο Αρίσταρχος καταδικάστηκε σε θάνατο στην Αθήνα. Ευτυχώς όμως κατόρθωσε να ξεφύγει και κατέφυγε στην Αλεξάνδρεια.
Άξιοι συνεχιστές του έργου του ήταν ο Αρχιμήδης και ο Ερατοσθένης, μα πάνω από όλους ο Ίππαρχος ο Ρόδιος. Ο Ίππαρχος πρώτος κατέγραψε με επιστημονικό τρόπο το φαινόμενο της μεταπτώσεως των ισημεριών και συνέγραψε κατάλογο των απλανών αστέρων, ο οποίος περιελάβανε περισσότερους από 1.000 αστέρες, χωρισμένους σε έξι ομάδες, αναλόγως της λαμπρότητάς τους.
Ο Ίππαρχος διέκρινε για πρώτη φορά το αστρικό από το ηλιακό έτος, απέδειξε την ανισότητα των εποχών και των ωρών του έτους, υπολόγισε την μέση παράλλαξη της Σελήνης και την αντίστοιχη παράλλαξη του Ήλιου, μέτρησε την περίμετρο της Γης, υπολόγισε τη διάμετρο της Σελήνης κ.α. Δίκαια κατατάσσεται ανάμεσα στους μεγαλύτερους αστρονόμους όλων των εποχών.