Từ buổi hồng hoang của lịch sử, con người đã ngắm nhìn và suy ngẫm về bầu trời sao huyền bí, quyến rũ trên đầu.[cần dẫn nguồn] Người xưa quan sát chuyển động lặp đi lặp lại của Mặt Trời và Mặt Trăng trên bầu trời đêm để nhận biết các thời điểm chuyển mùa.[cần dẫn nguồn]

Những hiện tượng thiên văn bí ẩn còn được coi là điềm báo cho những gì sẽ xảy ra trong cuộc sống cũng như củng cố tín ngưỡng của con người.[cần dẫn nguồn] Khi việc trồng trọt và chăn nuôi xuất hiện thì quan sát thiên văn trở nên rất quan trọng. Nông dân, mục đồng, thợ săn và giới tăng lữ quan sát thiên văn để biết được thời vụ đánh bắt, sản xuất.[cần dẫn nguồn] Thời gian trôi đi, dần dần con người nhận ra rằng Mặt Trời, Mặt Trăng và những vì sao di chuyển theo một đường nhất định trên trời còn những hành tinh lại không như vậy.[cần dẫn nguồn] Những ngôi sao sáng ở gần nhau được con người gộp lại thành các chòm sao theo những hình dạng nhất định và thường đi kèm với những truyền thuyết, tín ngưỡng thủa xa xưa.[cần dẫn nguồn]

Khoảng 8.000-12.000 năm trước, người tiền sử ở Siberia đã tưởng tượng ra hình một con gấu với cái đuôi dài khi quan sát những ngôi sao sáng trong chòm sao Đại Hùng ngày nay.[1] Nhiều nền văn hóa cổ đại khác cũng gán cho chòm sao này hình con gấu với những truyền thuyết và huyền thoại khác nhau.[2] Có tài liệu cho rằng, những dấu chấm khắc dưới hình con ngựa trong hang động Lascaux ở Pháp có niên đại khoảng 15.000 năm TCN thể hiện những pha của Mặt Trăng.[3]

Từ thời đồ đá, con người đã xây dựng những công trình thiên văn. Một trong những kiến trúc cổ nhất liên quan đến thiên văn học ở châu Âu là Newgrange ở gần thủ đô Dublin của Ai len. Công trình khổng lồ bằng đá với niên đại khoảng 3.200 năm TCN này có một hành lang hẹp dẫn vào một căn phòng. Vài ngày cận ngày đông chí, ánh sáng Mặt Trời mọc sẽ chiếu xuyên qua hành lang đó vào tận căn phòng.[4]

Một trong những công trình bí ẩn và hoành tráng đã được công nhận là di sản thế giới trên bình nguyên Salisbury của nước Anh là ngôi đền Stonehenge. Ngày nay, hầu hết những nhà nghiên cứu đều nhất trí rằng ngôi đền được xây dựng vào khoảng năm 1900 đến 1600 TCN với 30 cột đá đồ sộ chôn sâu xuống đất và cao hơn mặt đất khoảng 5,5 m; rộng 2 m; nặng khoảng 26 tấn tạo thành một vòng đường kính 29,5 m. Phía trong vòng cột có 5 "cổng" được tạo bởi một phiến đá xếp chồng lên hai phiến khác; nhóm "cổng" này được xếp theo hình móng ngựa bao quanh trụ đá trung tâm. Phiến đá lớn nhất gọi là "Cột Đá Gót" (Heel Stone) nặng tới 35 tấn được dựng ở cuối một đường hành lang ở hướng Đông Bắc của ngôi đền. Vào ngày hạ chí, khi Mặt Trời mọc ở hướng Đông Bắc gần điểm chính Bắc nhất thì nó mọc lên ở đúng đỉnh Cột Đá Gót. Ngoài ra, có nhà nghiên cứu còn cho rằng các cột đá khác còn có thể được dùng để xác định thiên thực.[5]