1276年元军攻下南宋都城临安后，忽必烈打算编修新王朝自己的历法，设立太史局（后改太史院），任命王恂为太史令，负责组织工作，把金、宋两朝司天监的人员集中到大都（今北京），再加上新选拔的一些人才，组成了一支庞大的也是最为先进的天文学队伍，郭守敬就是其中之一。至元十六年（1279）春，在大都东城墙开始兴建大都天文台，郭守敬开始负责仪器与观察，后来担任第二任太史令。天文台分3层，高达7丈，第一南屋是太史令等天文台负责人的办公室，向东的房间是负责推算的工作人员的办公室，向西的房间是负责观测和计时的工作人员的办公室，向北的房间为仪器储藏室。仅推算、测验、漏刻三局就有70人。第二层按离、巽、坤、震、兑、坎、乾、艮八方分成8个房间。它们分别是观测准备室、图书资料室、天球仪和星图室、漏壶计时室、日月行星室、恒星室等专业工作室。最上一层为观测台，北有简仪，中有仰仪，西有圭表，东有玲珑仪，南边是印历工作局、神厨和算学的建筑。可见元大都天文台规模宏大，人员众多，组织严密，设备齐全。更令人注目的是该台拥有大量先进的观测仪器。据《元史》记载，有玲珑仪、简仪、浑天象、仰仪、刘表、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷定仪、候极仪、悬正仪、正方案和座正仪等。其中由郭守敬设计制作的就多达13件，其中最著名的简仪，它是对传统浑仪进行重大革新，是一台用一高一低两个支架支撑起极轴的赤道仪，集测赤道坐标和地平坐标于一体，开创了在仪器上同时设置使用附加设备的先河，并一改传统的圆周分割法，将一圆周分成3600份，使刻度与读数更加精确和方便。该仪也是首次采用滚柱轴承的机械。仰仪可从仪器上读出太阳的去极度、时角和地方真太阳时，特别是发生日食时，日食全过程以及各阶段的位置和时刻，均可连续记录下来。仰仪解决了以前观测太阳时观测者光芒刺眼的苦恼，使仰视观测变为俯视观测，这些仪器在当时世界上是十分先进的。
郭守敬（1231～1316），字若思，顺德邢台（今属河北）人，是元代杰出的天文学家、仪器制造家和水利工程专家。他创制了简仪、仰仪等天文仪器；在整理总结新历法《授时历》的基础上完成《推步》、《立成》、《历议》等著作；同时还为北京通惠河的水利建设作出了巨大的贡献。 中国现存最早的天文台
元朝初年（距今约700年），位于今河南省登封市东南15公里的登封观星台建成。观星台为砖石混合建筑结构，由盘旋踏道环绕的台体和自台北壁凹槽内向北平铺的石圭两个部分组成。台体四壁用水磨砖砌成，呈方形覆斗状。台统高12.62米，其中台主体高9.46米，台顶小室高3.16米。此小室为明嘉靖七年（1528）修葺时所建。台四壁明显向中心内倾，表现出中国早期建筑的特征。台下北壁设有对称的两个踏道口，人们可以由此登临台顶。踏道以石条筑成，四隅各有水道小孔，用以导泄台顶和踏道上的雨水，水道出水口雕成石龙头状。石圭又称“量天尺”，用来度量日影长短，据此来划分节气和四季。它的表面用36方青石板接建平铺而成，下部为砖砌基座，长31.19米。石寺居子午方向，圭面刻有两股水道。水道南端有注水池，北端有泄水池。登封观星台是一座具有测影、观星和记时等多种功能的天文台，也是中国现存最早的天文台。据实地测验，采用针孔成像法以横梁在石圭上的投影来确定日影长，可准确到正负0.2厘米，相当于太阳顶距误差1/3角分，比晚于此台300年的西方最精密的天文观测还要精确。
