17世纪发明望远镜前，早期的观测天文学只能依赖肉眼以及各种用于测量时间和方向的仪器。第谷有系统的观测行星，他所蒐集的资料让克卜勒得以建立行星运动的法则。人类非常关心天空，因而在历史上留下许多纪录。古老的巨石阵就是为了观察太阳的运动来测量时间而建立的，星座是由一些恆星在天空中组成的图样，并且与地球上的季节变化连结在一起，也流传下来许多的神话与传说。不使用望远镜，单靠眼睛也能做许多不同的观测，古老的记录记载了一些突然出现在天空中的亮星，被称为超新星，甚至在白天也能看见。也记录了被视为灾难预兆的彗星，还有