Az asztronómia szó az ógörögből magyarosodott helyesírású fogalom, jelentése: a „csillagok törvénye”, vagy a „csillagok kultúrája”, esetleg egyszerűen „az égitestek csoportja” (illetve annak vizsgálata).
Nincsenek pontos információink arról, mikor figyelt fel az ember először a csillagos égbolt rejtelmeire. A Nap, a Hold és a csillagok olyan feltűnő objektumok, melyek nyilvánvalóan magukra vonzották az őskori ember figyelmét, aki valószínűleg babonás félelemmel tekintett rájuk. A fényt és meleget adó Nap, a folyamatosan változó, éjszaka világosságot hozó Hold alapvetően meghatározta a kőkorszaki emberek életét. Az első csillagászati felismerések minden bizonnyal az égbolt szabad szemmel látható objektumainak megfigyeléseiből származtak. A Nap, a Hold, a csillagok mind-mind könnyen észrevehető égitestek. A csillagokhoz hasonló, igen fényes bolygók mozgásának észrevételéhez már rendszeres megfigyelések szükségesek. Az időnként megjelenő fényes üstökösöket igen régóta baljós előjelnek tekintették, csakúgy, mint a Nap és a Hold fogyatkozásait.
A legrégebbi csillagászati emlékekkel az archeoasztronómia foglalkozik, amely a régészeti leleteket csillagászati ismeretek felhasználásával próbálja értelmezni.
Európában többezer éves, feltehetőleg szoros csillagászati kötődésű leleteket ismerünk; ezek közül a legfontosabbak:
Newgrange
Newgrange (Írország, i.e. 3000): egy dombba vájt sírkamra, melyet egy 18 méter hosszú folyosó köt össze a külvilággal. A bejárat feletti nyíláson keresztül a Nap évente egy alkalommal a folyosón át rövid időre megvilágítja a sírkamra belsejét. Ennek időpontja pontosan a téli napfordulóra (december 22.) esik, ekkor a legrövidebb a nappal és a leghosszabb az éjszaka az északi féltekén.
Stonhenge
Stonehenge (Anglia, i.e. 2000): hatalmas kőoszlopokból álló körkörös, ún. megalit építmény, melyhez hasonló (igaz jóval kisebb méretű) számos más helyen található Európában (főleg Franciaország és Spanyolország területén). Az egész építményt egy 100 méter átmérőjű kör alakú árok határolja, ezen belül patkó alakzatba állított kőoszlopok (dolmenek) helyezkednek el. A legbelső körben az oszlopok 7 méter magasak. A középpontban lévő oltárkő felé egy ösvény (sugárút) visz, aminek másik vége a külső körön kívül található, itt áll egy nagyméretű kőoszlop (sarokkő). Az oltár felől nézve a Nap pontosan a sarokkő fölött kel fel a horizonton a nyári napforduló idején (június 22., ekkor a legrövidebb az éjszaka és a leghosszabb a nappal az északi féltekén).
Az egész építmény szimmetriatengelye ebbe az irányba van beállítva. Nem ismerjük pontosan, mi célból alkották a kőkorszaki emberek ezeket az építményeket. Lehet, hogy az időmérés szándéka vezérelte őket, mások szerint a vallási kultuszoknak lehetett komoly szerepe ebben. Az azonban bizonyos, hogy nagyon komoly csillagászati ismeretekkel kellett rendelkezniük az építőknek, pontosan ismerniük kellett a Nap évi járását. Emellett figyelemre méltó műszaki teljesítményük is, pl. a stonehenge-i építményhez a köveket kb. 50 km-ről szállították a helyszínre.
Maja civilizáció
Európán kívüli kőkorszaki civilizációkban is a legfontosabb tudomány a csillagászat volt. Ezek közül legismertebb a maja civilizáció (Közép-Amerika, i. e. 1500 – i.sz. 1500). A maják rendkívül fejlett matematikával és bonyolult naptárrendszerrel rendelkeztek, a Napot istenként tisztelték. A vallási okokból emelt Nap-piramisok tetején függőleges lyukakat építettek (nap-lyukak), melyeken keresztül a Nap csak bizonyos napokon (évente két alkalommal, amikor pontosan a fejük fölött, a zenitben delelt) világította meg az épület belsejét. A maják naptára 365 napra osztotta az évet. Ez a 20-as számrendszeren belül működő matematikájuk révén úgy valósult meg, hogy egy év 18 darab 20 napos hónapból és 5 extra napból áll. Külön számon tartották a 20 éves (katun) és 20-szor 20 éves (20 katun = baktun) időszakot is.