人们习惯上把公元476年西罗马帝国灭亡到15世纪中叶文艺复兴开始之间1000年的欧洲历史称为“中世纪”。
中世纪欧洲的特点是政教合一，基督教神学占据统治地位，“科学只是教会恭顺的婢女，它不得超越宗教所规定的界限”。公元5～10世纪是欧洲历史上的黑暗时期，当时西欧人连希腊科学家的学说都不清楚，大地是球形的说法也被列为异端，而圣经神话却重新成了宇宙体系的依据。在这个黑暗的时期里，天文学之所以仍然被列为高等教育的必修课，主要是为了教人学会计算复活节的日期。
在10世纪时，阿拉伯科学开始由西班牙向英、法、德等国传播，但阿拉伯的科学著作被大量翻译成拉丁文还是在基督教徒攻克西班牙的托莱多和意大利的西西里岛以后的事情。阿拉伯科学著作翻译最活跃的时期在1125～1280年之间，最著名的译者是克雷莫纳的杰拉尔德，他共译书80多种，其中包括托勒密的《天文学大成》和查尔卡利的《托莱多天文表》。
阿拉伯的科学著作译成拉丁文以后，经院哲学家阿奎那斯立刻把亚里士多德、托勒密等人的学说和神学结合起来。阿奎那斯证明上帝存在的第一条理由就是天球的运动需要一个原动者，这个原动者就是上帝。
不过，到了这个时候，由于科学知识的积累，经院哲学家的一些论据已经不能无条件地被人接受了。与阿奎那斯同时的英国革新派教徒培根具有鲜明的唯物主义倾向，主张“靠实验来弄懂自然科学、医药、炼金术和天上地下的一切事物”，反对经院式、教义式的盲目信仰，对宇宙理论和科学的发展起了推动作用。
法国人霍利伍德是与培根同时代的人，他以拉丁名撒克罗包斯考闻名，其著作《天球论》阐述了球面天文学，简明扼要、通俗易懂，再版多次，一直流行到17世纪末。
14世纪中叶，维也纳开始设立大学，并逐渐成立了天文数学中心。1450年，普尔巴哈出任该校天文数学教授后，学术空气更为浓厚。普尔巴哈在托勒密《天文学大成》的基础上，编成《天文学手册》一书，作为撒克罗包斯考《天球论》的补充，同时又著《行星理论》，详细指出亚里士多德和托勒密两人关于行星的理论是不同的。
米勒是普尔巴哈的学生和合作者，曾经随普尔巴哈去意大利学习托勒密的天文学。他们两人都发现，《阿尔方斯天文表》历时已200年，误差颇大，需要修订。后来米勒到纽伦堡定居，在天文爱好者富商瓦尔特的资助下，建立了一座天文台，并附设有修配厂和印刷所，1475～1505年间每年编印航海历书，为哥伦布1492年发现新大陆提供了条件。
在普尔巴哈和米勒十分活跃的时候，意大利也出现了两位有名的天文学家，即托斯卡内里和尼古拉，他们都曾去帕多瓦大学求学，彼此是亲密的同学和朋友。托斯卡内里学医，曾鼓励哥伦布航海，后来成为优秀的天文观测者，系统地观测过6颗彗星，并把佛罗伦萨的高大教堂当做圭表，精确地测定二至点和岁差。尼古拉在任意大利北部的布里克森城主教期间，曾提出过地球运动和宇宙无限的设想。他说，整个宇宙是由同样的四大元素组成的，天体上也有和地球上相似的生物居住着，一个人不论在地球上或者在太阳上以及别的星体上，从他的眼中看去，他所占的地位总是不动的，而其他一切东西则在运动。
15世纪，普尔巴哈到尼古拉之间的科学家进行了一系列的研究，他们从实践上和理论上为近代天文学的诞生创造了条件，哥白尼的《天体运行论》就是在这些科学家研究的基础上完成的。