Các lần nhật thực trong lịch sử là một dữ liệu tham chiếu quý giá cho các nhà sử học, cho phép họ suy ra ngày tương ứng với một sự kiện lịch sử một cách chính xác. Như lần nhật thực 15 tháng 6 năm 763 TCN được người Assyria ghi lại trong văn tự là một dấu mốc quan trọng giúp các nhà lịch sử xác định rõ niên đại lịch sử cận Đông.[63] Cũng có những ghi chép về nhật thực sớm hơn trong lịch sử. Vua Trọng Khang nhà Hạ, cách nay gần 4.000 năm, đã từng xử trảm hai nhà chiêm tinh vì họ đã đoán sai về nhật thực.[64] Có lẽ đề cập về nhật thực sớm nhất được ghi lại nhưng chưa được minh chứng, đó là của nhà khảo cổ Bruce Masse, ông cho rằng nhật thực xảy ra ngày 10 tháng 5 năm 2807 TCN cùng với sự kiện một thiên thạch rơi xuống Ấn Độ Dương gây ra những trận lụt/sóng thần huyền bí trong truyền thuyết mà để cập đến hai sự kiện này xảy ra đồng thời với nhau.[65]

Người cổ đại từng coi hiện tượng thiên thực là điềm gở báo hiệu sắp có sự kiện xấu trong tương lai gần.[66] Nhà lịch sử Hy Lạp cổ đại Herodotus viết rằng Thales của Miletus tiên đoán sẽ có hiện tượng nhật thực xảy ra trong thời gian chiến tranh giữa người Medes và Lydia. Điều này đã khiến cả hai phía hạ vũ khí và thỏa ước hòa bình do sự kiện nhật thực xảy ra.[67] Ngày chính xác xảy ra nhật thực vẫn còn là vấn đề tranh cãi giữa nhiều nhà lịch sử cổ đại và hiện đại. Một trong những khả năng đó là nhật thực ngày 28 tháng 5 năm 585 TCN, có lẽ xảy ra gần sông Halys ở Tiểu Á.[68] Một lần nhật thực mà Herodotus ghi lại được trước khi vua Xerxes rút lui đoàn quân của ông khi chống lại người Hy Lạp,[69] mà có lẽ vào những năm 480 TCN, mà John Russell Hind tính toán rằng có nhật thực hình khuyên xảy ra tại Sardis ngày 17 tháng 2 năm 478 TCN.[70] Người Ba Tư cũng ghi chép lại nhật thực một phần vào ngày 2 tháng 10 năm 480 TCN.[71] Herodotus cũng ghi lại lần nhật thực ở Sparta trong thời gian người Ba Tư xâm lược Hy Lạp lần hai.[72] Ngày xảy ra nhật thực mà ông ghi chép (1 tháng 8 năm 477 TCN) lại không phù hợp chính xác với ngày xâm lược mà đa số các nhà sử học hiện đại chấp nhận.[73]

Ghi chép về nhật thực của Trung Hoa cổ đại bắt đầu có từ 720 TCN.[74] Nhà thiên văn thế kỷ thứ IV TCN Thạch Thân (石申) đã miêu tả cách tiên đoán nhật thực bằng cách sử dụng vị trí tương đối của Mặt Trăng và Mặt Trời.[75] Tư tưởng về ánh sáng từ Mặt Trăng là do bề mặt của nó phản chiếu ánh sáng từ Mặt Trời có từ khoảng thế kỷ thứ VI TCN,[76] mặc dù nhà triết học Vương Sung (王充) đã phản đối lập luận này vào thế kỷ I.[75] Các nhà thiên văn Hy Lạp cổ đại, như Parmenides và Aristotle, cũng nêu ra tư tưởng cho rằng Mặt Trăng phát sáng là do phản xạ ánh sáng Mặt Trời.[76]

Một trong những giả thuyết về chính xác ngày thứ sáu Tuần Thánh, ngày mà chúa Giê-su bị đóng thánh giá, chính là một ngày xảy ra nhật thực. Giả thuyết này chưa được công nhận rộng rãi,[77][78] và thứ sáu Tuần Thánh được ghi lại với lễ Vượt Qua mà xảy ra vào lúc trăng tròn. Ở Tây bán cầu, có một vài tư liệu tin cậy ghi lại nhật thực trước năm 800, cho đến khi có sự ra đời của các đài quan sát Ả Rập và tu viện thời trung cổ.[74] Quan sát đầu tiên về nhật hoa được ghi lại ở Constantinople năm 968.[71][74]

Người cổ đại cũng đã xây dựng một số công trình làm nơi tế thần cũng như sử dụng để quan sát và tiên đoán hiện tượng thiên thực. Stonehenge là một công trình bao gồm các tảng đá lớn xếp thành những vòng tròn đồng tâm, mà nhiều nhà khảo cổ cho rằng một trong những công dụng của nó là sử dụng để tiên đoán nhật thực.[79]

Quan sát nhật thực bằng kính thiên văn đầu tiên có lẽ là vào năm 1706 tại Pháp.[74] Chín năm sau, nhà thiên văn người Anh Edmund Halley đã quan sát nhật thực ngày 3 tháng 5 năm 1715.[71][74] Cho đến giữa thế kỷ XIX, những hiểu biết khoa học về Mặt Trời đã tiến triển thêm nhờ quan sát vành nhật hoa trong thời gian nhật thực toàn phần. Vành nhật hoa được phát hiện đầu tiên trong lần nhật thực xảy ra ngày 8 tháng 7 năm 1842, và bức ảnh đầu tiên về nhật thực toàn phần chụp ngày 28 tháng 7 năm 1851.[71]