自古以来星空带给人们无限的想象，除了西方的希腊神话，在东方的中国人从观察日月星辰的变化，知晓四时变换与农耕时序，并把这片天空结合了人世间的政治秩序，建构出独特的世界观，即“天人合一”、“天人感应”等思想，更把皇帝看作“受命于天”的天子。为了确保天命不移、江山永固，防止有心人士观天窜位，历朝历代严禁民间学习和研究天文历法。故自古以来星象观测一直都是帝王才拥有的权力，因此中国历代京城皆设有天文台，并有各式称呼。
相传夏代就有天文台，当时称作“清台”、商代称“神台”，而周代则叫“灵台”，不过当时上古时期的天文台设施十分简陋，仅在平坦开阔的地方设立一座较高的高台，观测天象之余也常用来举行祭祀活动。到了春秋战国时期，由于周天子地位一落千丈，各国便不顾禁令，纷纷设台自行观测天象。到了汉代时的灵台，已有规模并搭配观测天文与气象仪器。
值得注意的是，唐代以前的各朝所设置的天文台，并非单纯观测星象、颁布历法与占卜吉凶，同时还需要负责祭祀、纪录气候变化、风向与降雨等各项事务。唐代时则将天文与气象分开，分设“仰观台”（天文观测）与“观风台”（气象台），除此之外还在长安城（今陕西西安）附近设“清台”，专门占卜吉凶，当时流行在皇宫内院设置宫内天文台，以便就近观测。 宋代时，光是汴京（今河南开封）就设置了四座天文台，其作用在于互相检查观测结果并核对，避免误报或是作假。元代则将天文台称作“司天台”，设置在大都城（今北京）东南方，其建筑相当完善共有三层，三楼摆放大型观测天文仪器与工作局，二楼则存放图纸，一楼则为办公用房。
明代开国皇帝朱元璋，出身低微但夺得天下，更让他格外感恩上天的眷顾，对于被视为反映天命的星象，自然带有特殊的情感与认知。据《明太祖实录》载，洪武二年（1369），朱元璋打算在家乡凤阳兴建中都（今安徽省凤阳县明中都遗址公园），于洪武五年（1372）七月兴建中都观星台，洪武七年（1374）又在中立府（后改称凤阳府）设观星台，并要钦天监令管豫负责。可见为了确保“天命”，朱元璋对于老家的观星台设置，费了不少苦心。
可惜，由于中都营建工程浩大，耗费大量的人力与物力，还引起工匠们爆发动乱，最后朱元璋只好以劳民伤财为由下诏罢建中都。匆匆停建的中都，使得建造的观星台没有发挥应有的作用。碍于文献，今日学者对于当年中都天文台所知甚少。
中都停建后，由于应天府雨花台（今南京市雨花台风景区）已设置“回回钦天监”之观星台，因此朱元璋便选鸡鸣山（北极阁）作为观天地点。此地过去曾于南朝刘宋元嘉年间（424－453年）设立日观台测风候，元代复建观象台，至正年间（1341－1370年）还运来各式天文观测仪器，朱元璋便在元代的基础上扩建为钦天观星台。明太祖在位期间，对于建设观星台之选址与天文仪器建造等动作不断，尤其是中都观星台之建设，在在反映出朱元璋急于在建国之初，向民众展示其为“受命于天”的天子形象。
然而，明代的天文观测并不顺利。建文四年（1402）燕王朱棣（1360－1424年）发动靖难之变，成功从侄子明惠帝（1377－1402年）手中夺取帝位，让明代的政治中心移到北方。不过明成祖与父亲不同，他并不急着在京城建造新式观星台，而是继续沿用应天府观星台，来进行观测与颁布历法的工作。除此之外，在顺天府（今北京市）的钦天监官员是站在高耸的齐化门（今朝阳门）城墙上用肉眼观天，明成祖过世后，朝廷才在京师内建观象台。明英宗正统年间（1436－1449年），京城观象台终于有仿照应天府观星台而制作的天文仪器，但到明孝宗弘治十四年（1501）才进行调整并修改，这时距离永乐迁都已经过去80年。
虽然明代开国皇帝朱元璋相当重视与天子、天命与国运相关的天文观测，但自永乐帝后，明代天文台虽随着迁都而北迁，但明代钦天监官员对于仿制的天文器材与测量技术相当陌生，且缺乏专业天文知识。另外，明初订定历法以宋代天文图为正统，配合不够精确的仪器，终于导致历法无法精准。可以说，整个明代朝廷与民间，都长期使用错误的历法，当误差大到无法忽视时，对准确的历法就有迫切的需求。到了晚明时期，朝廷只好向来华的传教士寻求协助，开启了皇室与传教士接触的第一步。
