在我国历史上，天文仪器的种类很多，有测角的，有测时的，有演示性的，有的还将几种仪器联在一起使用。其中圭表、漏刻、浑仪和浑象是最为常用的。我国最早使用的天文仪器大概是表，也就是《周髀算经》中的“髀”，通过测量表杆影子的变化，可以确定方位、时刻和节令。后来为了提高精度，在表下又加了一个平正的标准尺，这就是《周礼》一书中多次出现的“土圭之法”，所以这种测影仪器又叫圭表。由圭表又发展出多种多样的测影仪器，如下面装有罗盘或时间刻度盘等，它们又统称日晷。秦汉时期就已有了专论日晷的著作，《汉书·艺文志》中记有《大岁谋日晷》29卷、《日晷书》34卷。
漏刻的起源也很早，传说是黄帝发明的，考古研究认为在公元前三四千年我国就开始使用漏刻计时了。早期的漏刻只有贮水和受水两个壶，由于结构简单，所以要许多人轮流看守。《周礼》是我国最早提到漏刻的文献，上面记载掌管漏刻的人员，自挈壶氏以下，有20人之多。后来，人们又在贮水壶上加一个能够飘浮的小箭，上有刻度，随水位降低而显示不同的时间。秦汉时，已有浮箭式漏刻，也就是将有刻度的小箭放在受水壶中，随着水量增多而逐渐上升。这样改革，便于在贮水壶中添水，以保持水位和流速的稳定，也为发明多级补偿式漏刻创造了条件。多级漏壶，就是用上一级漏壶漏出的水来补充下一级漏壶的水位，使其保持其本稳定，补偿壶越多，最下面的漏壶的水位就越稳定，计时也就越准确。东汉张衡《浑天仪图注》中记“漏水转浑天仪”里用的是二级漏壶，是我国这项发明的最早记载。汉代专论漏刻的著作还有《常符漏品》和霍融的《漏刻经》等。魏晋南北朝时，漏刻又有重大发展，有许多改进和发明，漏刻专著就有十几种。晋代孙绰的《漏刻铭》最早记载了三级补偿式浮箭漏；梁代陆倕〔chui.垂〕的《新漏刻铭》记载了祖暅用龙口承接吐水，避免了水波激荡，不易读刻数的发明。公元5世纪，北魏道士李兰发明了秤漏，即用中国秤称量流入受水壶中水的重量的变化来计量时间，其详细结构都记载于李兰所著的《漏刻法》中。该书中还记有一种称为“马上奔驰”的漏刻，顾名思义，这是一种便携式的漏刻，可以在骑马出行时计量时间。
浑仪和浑象，前者是观测仪器，后者是演示天象的仪器，两者的理论根据都是浑天说，因为它们都是以圆形的天球作为观测和演示对象。浑仪约创制于公元前4世纪至公元前1世纪之间，据西汉末杨雄《法言》中的记载，汉武帝时落下闳〔hong洪〕曾制造过一架浑仪，另一位天文学家鲜于妄人用它来观测。一般认为原始的浑仪可能由两个圆环组成，一个是赤道环，其平面和赤道面平行，上面刻有周天度数；一个是四游环，也叫赤经环，能够绕着极轴旋转，上面也刻有周天度数。在四游环上附有窥管，可以绕着环的中心旋转。旋动四游环和窥管，当窥管指向某待测天体时，它在各读数环中的位置就是该天体的坐标。为了便于测定太阳的位置，东汉的傅安和贾逵在前人浑仪的基础上又增设一个黄道环。张衡时又增加了一个地平环和一个子午环，至此，我国古代创制的浑仪就基本定型了。东晋时期前赵孔挺制造的一架浑仪，在浑仪发展中有着重要的地位。这架浑仪去掉了黄道环，使浑仪外重变成由地平、赤道、子午三个相交的大圆环组成的固定骨架；内重的四游环则变成直径八尺的双环，双环直径中间夹着可以转动的望筒。孔挺的浑仪是我国最早有详细结构记载的浑仪。
和浑仪一样，浑象的发明也是一个谜，我们只知道西汉宣帝时耿寿昌曾制造过浑象。浑象的基本结构是在一个象征地平的圈或框中，架着一个可以转动的象征天球的大圆球；大圆球上布满星辰，画有南北极、黄赤道、恒显圈、恒隐圈、二十八宿、银河等等。由于大圆球的转动带动星辰也转，在地平以上的部分就是可以见到的天象了。东汉时期张衡曾发明了用漏壶中的流水推动浑象与实际天象同步运转的水运浑象，并且附有一个叫蓂荚的机构，是一个自动的机械日历。《浑天仪注》实际上就是这架仪器的说明书。张衡的发明开创了后代制造自动运转仪器的先声。魏晋南北朝时，又造过多架浑象，刘宋元嘉十七年(公元440年)钱乐之造的小浑象，以白、黑、黄三色珠为星，以区别甘德、石申、巫咸三家星官。当陈卓的著作散失后，这是后世记载三家星官的主要依据。
由前面的叙述我们可以看出，至南北朝时期为止，我国的天文仪器有了很大发展，并且出现了许多专著，可惜除了极少部分外，大多都没能流传至今。像北朝信都芳写的《器准图》，全面介绍了浑仪、候风地动仪、漏刻等天文仪器，且图文并茂，十分珍贵，也没有流传下来。我们今天之所以能了解南北朝以前天文仪器的发展情况，不能不感谢唐代的李淳风，他为我们留下了《晋书·天文志》和《隋书·天文志》两部重要著作。在两书《天文志》中，李淳风对前代仪象的发展情况进行了考证和追述，并作了简要总结。像前赵孔挺的浑仪的详细记载就见于《晋书·天文志》。由此开始，历代史书《天文志
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