而在殷商時期的甲骨文中則留下了大量天文觀測的記錄。商人也已經有了歷法，從甲骨文中可以知道，商人已經有了幹支。商人也已經懂得了設置大小月，小月29天，大月30天或31天。商代也有了閏月，不過置閏時間並不固定，有年終置閏和年中置閏。商人對於季節的認識尚不完全，可能只知道有春秋兩季。對於壹天之內的不同時間，商人也已經有了專名。從早到晚分別是：旦、大采、中日、昃、小食、小采。傳世文獻認為殷商時期的歷法以十二月為歲首，在甲骨文中也找不到支撐這壹說法的依據。
西周時期的天文歷法已經達到很高的水平。在金文中留下了大量關於月相的記錄，分別被叫做：初吉、既生霸、既望、既死霸等。周人的歷法也已經很完善，已經有了朔望的觀念。《詩經·豳風·七月》就記載了周人所觀測到的壹年中各個月裏的物候以及相應的生產活動。而且從中可以知道，周人的歷法是以十壹月為歲首。
到了春秋戰國時期，已有立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至等節氣，並能準確的推算出日南至也就是冬至的日期，《左傳》記載了兩次冬至日，壹次在公元前655年，壹次在公元前522年，其間記閏月48次，失閏壹次，***計應有閏月49次，此即19年7閏法，顯示春秋時期的歷法已比前代歷法準確。
秦朝及漢初，采用的是秦朝的《顓頊歷》，以十月為歲首。但《顓頊歷》並不精確，到漢武帝時已出現了“朔晦月見，弦望滿虧”的錯亂現象。於是漢武帝令司馬遷、落下閎、鄧平等改《顓頊歷》而作《太初歷》，以正月為歲首，采用有利於農時的二十四節氣，在無中氣的月份，插入閏月，調整了太陽周天與陰歷紀月不相合的矛盾，使朔望晦弦較為正確，是我國歷法上壹個劃時代的進步。
隨著天文學的不斷發展，人們在歷法上也日求精密。漢成帝時，劉歆又作《三統歷》，規定壹年是365又835/1539日，壹月是29又43/81日，19年7個閏月，這是當時最精密的歷法。到東漢時期，出現了新的歷法《乾象歷》，它是東漢後期劉洪審定。提出朔望月和回歸年長度兩值偏大的問題，並確立了近點月概念和它的長度計算方法。對中國古代歷法體系最後形成貢獻很大，三國時期的吳國所采用的歷法即為《乾象歷》。
魏晉南北朝時期，天文歷法的進步首先體現在歲差的發現。東晉時虞喜首先發現太陽運轉到冬至點的位置每年並不相同，這個差就是“歲差”。歲差的發現區分了太陽周期的恒星年與回歸年，這對於歷法的推算非常重要。虞喜推算出，歲差為大約每五十年向西移動壹度。劉宋時期的何承天則推算為大約壹百年移動壹度。祖沖之最先把歲差應用於歷法的制定，他所制定的《大明歷》將壹年定為365.2428148日，僅比現代測定值相差46秒。
隋朝在天文歷法方面取得壹定成就的有劉焯、丹元子、耿詢、肖吉等。劉焯根據日行盈縮的規律，創立盈縮躔差法，制定《皇極歷》，測定歲差為75年差1度，與現代測定的76年差1度的準確值非常接近。唐代中央設太史局，專門掌管天文歷法工作。太史局的官員大都由天文歷法專家擔任，最卓著者為僧壹行。開元十五年（727），僧壹行修成《大衍歷》。這部歷法系統周密，結構合理，比較符合天文實際，是當時的先進歷法。後世歷法幾乎都是按照它的結構來編的，直到明朝末年吸收西洋歷法後才有所改變，可見其影響之深遠。
北宋沈括在《夢溪筆談》中記述了他的“日有盈縮”這壹重要發現。他在歷法上獨樹壹幟，提出的使用太陽歷，即“十二氣歷”的主張：“直以立春之壹日為孟春之壹日，驚蟄為仲春之壹日，大盡三十壹日，小盡三十日；歲歲齊盡，永無閏月。”南宋寧宗時楊忠輔主持修成的《統天歷》所測定的回歸年長度為365.2425日，與西方1582年頒行的現行公歷完全壹致；還認識到了回歸年長度不是固定不變的，而是古大今小，因此提出鬥分差改正，是為天文學史上的重大發現。
至元十三年（1276），忽必烈下令設立太史局（後升為院），改修新歷，由著名科學家郭守敬主持。郭守敬主持了大規模的恒星位置測量，測出前人未命名的恒星1000余顆；郭守敬還主持設立27個觀察臺、站，測量日影和北極極地高度，以及春分、秋分、夏至、冬至晝夜日刻的測定。在取得豐富準確的數據後，郭守敬等人參照前代歷法，運用數學新成就，於至元十七年（1280修成新歷，忽必烈賜名《授時歷》，取“授民以時”之義，當年頒行天下。《授時歷》仍以365.2425日為壹年，這個數值同地球繞太陽壹周僅差26秒。《授時歷》是我國古代最精確和使用時間最久的壹部歷法。
崇禎二年（1629）九月，崇禎皇帝下令由徐光啟領導歷局開始編寫新歷法，在編纂過程中，歷局聘請來華耶穌會的意大利人龍華民、葡萄牙人羅雅谷、瑞士人鄧玉函、日耳曼人湯若望等人參與譯書編纂。徐光啟在崇禎六年年病逝，之後的編纂工作由李天經主持，崇禎七年十壹月編纂完畢，定名為《崇禎歷書》。《崇禎歷書》采用第谷創立的天體系統和幾何學的計算方法，深得西洋歷法之精髓，預報符合天象。這部歷書雖然因為明亡而沒有頒行實施，但對清代歷法影響巨大。湯若望對《崇禎歷書》進行了刪改、壓縮，更名為《西洋新法歷書》，並進呈清廷後，被采用，並改名《時憲歷》，正式頒行。