根据考古发现，古巴比伦人和古埃及人早在5000年前就已经开始测量时间，他们采用历法来组织和协调公共活动和公众事务，决定农作物的种植和收获日期。当时人们是以太阳日复一日的升起、月亮周期性的圆缺以及四季有规律的重复变化来计量时间的，分别称为日、月和年。古埃及人最早制定了历法，根据天上的12个星座，将一年划分为12个月，每个月有30天，另加5天为一个太阳年。古埃及人还发明了计时系统，将每天的白昼与黑夜各划分为12个相等的时间间隔，并将日晷盘面刻度分成两个12等分的小时。这一方法后来被希腊人及罗马人所继承。
历史上，古代东方和西方分别独立发明了日圭、日晷、刻漏和水钟等原始计时装置，通过观测日影的移动或水的滴漏来计量时间。古代中国人将每昼夜分为12个时辰，1个时辰相当于今天的2个小时，每个时辰分作8刻，1刻相当于现在的15分钟。
中世纪西方各国都将一天划分为24个小时，但计时起点不同。阿拉伯人从日出开始计时，意大利人从日落开始计时，法国和德国人从午夜开始计时，英国人则从正午开始计时。1283年，英国工匠发明了利用重力驱动的机械钟。当时教会要求人们必须严格遵守所规定的祈祷时间，但直到14世纪中期，欧洲各国才在教会的协调下，统一规定从午夜开始计时。
1675年，英国建立了格林尼治皇家天文台，使用新式时钟测量了恒星跨越天体子午线的准确时间。与以往仅使用六分仪测量天体角度的方法相比，新式时钟能够让海员更为精确地确定恒星的位置，准确测定船舶在茫茫大海中的经度。
到17世纪下半叶，航海业和欧洲城市商业的发展促进了计时设备的不断改进，人们发明了摆钟，并在钟表盘上首次标识了分和秒的刻度，每小时等分为60分，每分钟等分为60秒。18世纪，法国曾大力推广十进制，将一天分为10小时，每小时100分钟，每分钟100秒，但仅仅实行了1年多便因人们的普遍反对而不得不废弃。
19年世纪中期，由于铁路运输需要统一的时刻表来安排列车的运行，美国建立了第一个全国报时系统，以哈佛大学天文台的时钟为基准，通过电报随时向铁路公司告知精确的时间。随后，英国皇家天文台也开始了统一标准时间的报时服务。
1884年，在美国首都华盛顿召开的国际子午线会议上，各国代表一致决定将地球划分为24个时区，每个时区1小时。由于当时全世界三分之二的海运船舶采用格林威治时间进行导航计时，因此确定将经过英国格林威治皇家天文台的零度经线作为本初子午线，在全世界范围建立了统一的标准时间。