首先介绍几种中国古代的天文观测仪器吧，这些仪器制造的年代都很久远，并且在当时的世界上绝对是最先进的。我们按照次序依次介绍浑仪、日晷、沙漏、天体仪。
浑仪是我国古代的一种天文观测仪器。在古代，“浑”字含有圆球的意义。古人认为天是圆的，形状像蛋壳，出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸，地球则是蛋黄，人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置，因此把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”。
日晷又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。其通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”；石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。
沙漏又称“沙钟”，是我国古代一种计量时间的仪器。沙漏的制造原理与漏刻大体相同，它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。这种采用流沙代替水的方法，是由于我国北方冬天空气寒冷，水容易结冰的缘故。
天体仪，古称“浑象”，是我国古代一种用于演示天象的仪器。我国古人很早就会制造这种仪器，它可以用来直观、形象地了解日、月、星辰的相互位置和运动规律，可以说天体仪是现代天球仪的直接祖先。
天体仪的主要组成部分是一个空心铜球，球面上刻有纵横交错的网格，用于量度天体的具体位置；球面上凸出的小圆点代表天上的亮星，它们严格地按照亮星之间的相互位置标刻。整个铜球可以绕一根金属轴转动，转动一周代表一个昼夜，球面与金属轴相交于两点：北天极和南天极。两个极点的指尖，固定在一个南北正立着的大圆环上，大圆环垂直地嵌入水平大圈的两个缺口内，下面四根雕有龙头的立柱支撑着水平大圈，托着整个天体仪。利用浑象，无论是白天还是阴天的夜晚，人们都可以随时了解当时应该出现在天空的星空图案。
我国东汉天文学家张衡，曾经在天体仪上安装了一套传动装置，利用相当稳定的漏刻的水推动铜球，均匀地绕金属轴转动，每24小时转一圈，这一业绩已载入我国光辉成就的史料库中。后来，唐朝的一行和梁令瓒、宋代的苏颂和韩公廉等人，把天体仪和自动报时装置结合起来，发展成为世界上最早的天文钟。
这些仪器在中国古代天文学的发展中发挥了非常重要的作用，但是它们已经远远跟不上现代天文学的发展节奏，所以，这些古老的天文仪器现在都变成了观赏性物品，没有了任何的天文观测价值。下面我们要说的才是天文观测仪器最重要的一种——天文望远镜。
第一架望远镜于1608年诞生在荷兰，口径为2.5厘米。肉眼能见天体的亮度比此望远镜观测到的最暗天体亮20倍。意大利科学家伽利略得知这个消息后，立即加以研究。经过不断努力，他终于在1609年制成了第一架放大倍数为32倍的天文望远镜。
望远镜的作用首先是能够放大远方物体的张角，使人眼能够看清极远处的东西。其次，望远镜还能起到会聚光线的作用，使人眼能看到光线很暗的物体。望远镜由物镜和目镜两组镜头及其他配件组成。为了减小望远镜的像差，物镜和目镜通常由多个元件组成。望远镜所能收集的最大的光束直径，称为口径。所能观测到的范围称为视场，通常以角度来表示。视场大小和目镜的结构有关，对于同样的目镜，视场直径与放大倍数成反比：放大率越高，视场越小。按物镜的结构，天文望远镜分为折射望远镜、反射望远镜、折反射望远镜。
折射望远镜的物镜由透镜做成。由于单透镜的像差，特别是色差的存在，会严重影响成像质量，使像周围呈现五彩缤纷的颜色，故通常采用由3个透镜或4个透镜组成的复杂物镜来消除色差。图1-14为蔡斯B型折射望远镜。蔡斯公司是最负盛名的光学仪器公司。
折射望远镜的最大口径有所限制，1897年美国建成的叶凯西天文台1.02米折射望远镜是迄今为止世界最大的折射望远镜。
反射望远镜的物镜由反光镜组成。在这种物镜里，光线经过反射，完全无色差。为消除球差，反射物镜的表面都磨成旋转抛物面的形状，现在更趋向于做成旋转双曲面。反射物镜通常由玻璃制成，为了增加反射的效果，往往需要在玻璃表面镀增反膜。图1-15为卡塞格林型反射望远镜。副镜的作用是改变光线的行进方向，改变物镜的焦距。
大型光学反射望远镜主要用于天体物理研究，特别是暗弱天体的分光、测光以及照相工作。中国目前最大的光学反射望远镜是2.16米，目前世界上最大的光学反射望远镜是位于夏威夷的凯克望远镜，直径10米，由36面1.8米的六角型镜面折合而成。
折反射望远镜的物镜既包含透镜又包含反光镜。在这种物镜里，天体的光线要同时受到折射和反射，折反射物镜的主镜是一个球面的反光镜，副镜是一个透镜，用来校正主镜的像差。图1-16为施密特型折反射望远镜。
上面提到的折射望远镜、反射望远镜、折反射望远镜都只能观测发射可见光的物体。其实光作为一种电磁波，除了可见光之外，还有红外线、紫外线、X射线、Y射线等，而这些射线人眼是看不到的，为了检测宇宙中的这些信号，以探测宇宙中的不发光物体，人们又发明了射电望远镜。射电望远镜的形式、种类很多，最简单的是用单个抛物面天线测量某一波长射电总强度的射电望远镜，图1-17是其工作示意图。抛物面天线把来自抛物面轴向的射电波反射集中到位于抛物面焦点的照明器上，通过传输线将信号输送给接收机，接收机把输入的电信号加以放大并改变形式使之被记录下来。作为一种辐射接受器，射电望远镜的一次观测只能得到频率响应范围内的平均功率。
射电望远镜的天线一般做成抛物反射面，它或者用金属拼成，或者用金属线织成网状。由于不像光学望远镜那么精细，所以可以做得很大。现在世界上可转动的单个射电望远镜之冠在德国波恩，其抛物面直径达100米，其次是位于弗吉尼亚的美国国家天文台300英尺（约91.44米）直径的射电望远镜。
1932年，美国贝尔电话实验室的电信工程师卡尔·詹斯基在研究长途电信干扰时用了长30.5米、高3.66米的旋转天线阵。在14.6米波长上他发现一种来源不明的“咝咝”型天电。本来詹斯基的工作可以到此为止，因为上述噪声对无线电通信的影响并不大。但詹斯基并没有放过这微弱的电波，而是继续深入研究，终于确定这咝咝声是来自银河系中心方向的宇宙无线电波，射电天文学从此诞生了。第二次世界大战中，英国的军用雷达接收到了太阳发出的强烈无线电“噪音”，这表明雷达所用的超高频设备也可用于接收太阳和其他天体的无线电信号。战后，这批雷达专家把掌握的雷达测量技术应用到天文观测上，揭开了射电天文学发展的序幕。20世纪60年代的四大天文发现——类星体、脉冲星、星际有机分子和宇宙微波背景辐射，都是射电天文学对人类的杰出贡献。