自古以來星空帶給人們無限的想象，除了西方的希臘神話，在東方的中國人從觀察日月星辰的變化，知曉四時變換與農(nóng)耕時序，并把這片天空結合了人世間的政治秩序，建構出獨特的世界觀，即“天人合一”、“天人感應”等思想，更把皇帝看作“受命于天”的天子。為了確保天命不移、江山永固，防止有心人士觀天竄位，歷朝歷代嚴禁民間學習和研究天文歷法。故自古以來星象觀測一直都是帝王才擁有的權力，因此中國歷代京城皆設有天文臺，并有各式稱呼。

相傳夏代就有天文臺，當時稱作“清臺”、商代稱“神臺”，而周代則叫“靈臺”，不過當時上古時期的天文臺設施十分簡陋，僅在平坦開闊的地方設立一座較高的高臺，觀測天象之余也常用來舉行祭祀活動。到了春秋戰(zhàn)國時期，由于周天子地位一落千丈，各國便不顧禁令，紛紛設臺自行觀測天象。到了漢代時的靈臺，已有規(guī)模并搭配觀測天文與氣象儀器。

值得注意的是，唐代以前的各朝所設置的天文臺，并非單純觀測星象、頒布歷法與占卜吉兇，同時還需要負責祭祀、紀錄氣候變化、風向與降雨等各項事務。唐代時則將天文與氣象分開，分設“仰觀臺”（天文觀測）與“觀風臺”（氣象臺），除此之外還在長安城（今陜西西安）附近設“清臺”，專門占卜吉兇，當時流行在皇宮內(nèi)院設置宮內(nèi)天文臺，以便就近觀測。宋代時，光是汴京（今河南開封）就設置了四座天文臺，其作用在于互相檢查觀測結果并核對，避免誤報或是作假。元代則將天文臺稱作“司天臺”，設置在大都城（今北京）東南方，其建筑相當完善共有三層，三樓擺放大型觀測天文儀器與工作局，二樓則存放圖紙，一樓則為辦公用房。

明代開國皇帝朱元璋，出身低微但奪得天下，更讓他格外感恩上天的眷顧，對于被視為反映天命的星象，自然帶有特殊的情感與認知。據(jù)《明太祖實錄》載，洪武二年（1369），朱元璋打算在家鄉(xiāng)鳳陽興建中都（今安徽省鳳陽縣明中都遺址公園），于洪武五年（1372）七月興建中都觀星臺，洪武七年（1374）又在中立府（后改稱鳳陽府）設觀星臺，并要欽天監(jiān)令管豫負責?？梢姙榱舜_保“天命”，朱元璋對于老家的觀星臺設置，費了不少苦心。

可惜，由于中都營建工程浩大，耗費大量的人力與物力，還引起工匠們爆發(fā)動亂，最后朱元璋只好以勞民傷財為由下詔罷建中都。匆匆停建的中都，使得建造的觀星臺沒有發(fā)揮應有的作用。礙于文獻，今日學者對于當年中都天文臺所知甚少。

中都停建后，由于應天府雨花臺（今南京市雨花臺風景區(qū)）已設置“回回欽天監(jiān)”之觀星臺，因此朱元璋便選雞鳴山（北極閣）作為觀天地點。此地過去曾于南朝劉宋元嘉年間（424－453年）設立日觀臺測風候，元代復建觀象臺，至正年間（1341－1370年）還運來各式天文觀測儀器，朱元璋便在元代的基礎上擴建為欽天觀星臺。明太祖在位期間，對于建設觀星臺之選址與天文儀器建造等動作不斷，尤其是中都觀星臺之建設，在在反映出朱元璋急于在建國之初，向民眾展示其為“受命于天”的天子形象。

然而，明代的天文觀測并不順利。建文四年（1402）燕王朱棣（1360－1424年）發(fā)動靖難之變，成功從侄子明惠帝（1377－1402年）手中奪取帝位，讓明代的政治中心移到北方。不過明成祖與父親不同，他并不急著在京城建造新式觀星臺，而是繼續(xù)沿用應天府觀星臺，來進行觀測與頒布歷法的工作。除此之外，在順天府（今北京市）的欽天監(jiān)官員是站在高聳的齊化門（今朝陽門）城墻上用肉眼觀天，明成祖過世后，朝廷才在京師內(nèi)建觀象臺。明英宗正統(tǒng)年間（1436－1449年），京城觀象臺終于有仿照應天府觀星臺而制作的天文儀器，但到明孝宗弘治十四年（1501）才進行調(diào)整并修改，這時距離永樂遷都已經(jīng)過去80年。

雖然明代開國皇帝朱元璋相當重視與天子、天命與國運相關的天文觀測，但自永樂帝后，明代天文臺雖隨著遷都而北遷，但明代欽天監(jiān)官員對于仿制的天文器材與測量技術相當陌生，且缺乏專業(yè)天文知識。另外，明初訂定歷法以宋代天文圖為正統(tǒng)，配合不夠精確的儀器，終于導致歷法無法精準?？梢哉f，整個明代朝廷與民間，都長期使用錯誤的歷法，當誤差大到無法忽視時，對準確的歷法就有迫切的需求。到了晚明時期，朝廷只好向來華的傳教士尋求協(xié)助，開啟了皇室與傳教士接觸的第一步。