שעוני שמש היו בשימוש למעקב זמן מאז מצרים העתיקה. מַחוגים קדומים היו מבוססים על מעקב אחרי נקודה של אור או צל, עם קווי שעה ישרים שהצביעו על שעות לא שוות - שנקראו גם שעות זמניות - שהיו שונות עם עונות השנה. כל יום חולק ל 12 קטעים שווים ללא קשר לזמן השנה; לפיכך, שעות היו קצרות יותר בחורף וארוכות יותר בקיץ. שעון השמש פותח בהמשך על ידי אסטרונומים מוסלמים. הרעיון להשתמש בשעות באורך שווה לאורך השנה היה חידושו של אבו אל-חסן אבן אל-שטיר בשנת 1371, בהתבסס על התפתחויות קודמות בתחום הטריגונומטריה שנעשו על ידי מוחמד בן ג'ביר אל חרראני אל-באטאני (Albategni). אבן אל-שטיר היה מודע לכך ש"שימוש בגנומון המקביל לציר כדור הארץ יניב שעוני שמש שקווי השעה שלהן מצביעות על שעות שוות בכל יום בשנה". שעון השמש שלו הוא שעון השמש העתיק ביותר עם ציר הקוטב שעדיין מתקיים. הרעיון הופיע בשעוני השמש המערביים החל משנת 1446.
לאחר קבלת המודל ההליוצנטרי והשעות השוות, כמו גם ההתקדמות בטריגונומטריה, הופיעו שעוני שמש בצורתם הנוכחית בתקופת הרנסאנס, כאשר נבנו בכמויות גדולות. בשנת 1524, האסטרונום הצרפתי אורונוס פינה בנה שעון שמש העשוי שנהב, אשר עדיין קיים; מאוחר יותר, בשנת 1570, פרסם האסטרונום האיטלקי ג'ובאני פדובאני מסה הכוללת הוראות לייצור ופריסת ציור קיר (אנכי) ושעוני שמש אופקיים. באופן דומה, ג'וזפה ביאנקאני (1620) כותב כיצד לבנות שעוני שמש.
שעון חול.
מכיוון ששעון החול היה אחת מהשיטות האמינות למעקב זמן בים, משערים שהוא שימש על סיפון אוניות כבר במאה ה-11, אז השלים את המצפן המגנטי ככלי עזר לניווט. עם זאת, העדויות המוקדמות ביותר, החד משמעיות, לשימושם מופיעות בציור "אלגוריה לממשל טוב", מאת אמברוגיו לורנצטי, משנת 1338. החל מהמאה ה-15 ואילך השתמשו בשעוני חול במגוון רחב של יישומים כגון בים, בכנסיות, בתעשייה ובבישול; הם היו השעונים העתיקים הראשונים המהימנים שנעשה בהם שימוש חוזר ללא מתכלים, מדויקים למדי, ונבנו בקלות. שעון החול קיבל משמעויות סמליות, כמו מוות, מזג, הזדמנות ואב הזמן, המיוצג בדרך כלל כאיש זקן ומזוקן הנווט הפורטוגזי פרדיננד מגלן השתמש ב-18 שעוני חול בכל אחת מהספינות במהלך מעקב העולם שלו בשנת 1522. אף על פי שהיה בשימוש גם בסין, ההיסטוריה של שעון החול שם אינה ידועה אך נראה כי לא נעשה בה שימוש בסין לפני אמצע המאה ה-16, ושעון החול מרמז על שימוש בניפוח זכוכית, דבר הנראה כאמנות אירופאית ומערבית לחלוטין.
שעונים עם הילוכים וגלגלי שיניים.
הדוגמה המוקדמת ביותר של שעון בעל גלגל שיניים המונע על ידי נוזלים תואר על ידי המהנדס היווני פילו מביזנטיון (במאה השלישית לפני הספירה) בעבודה שלו הנקראת "פנאומטיקה" (פרק 31) שם הוא קושר את מנגנון המכניקה של גלגל השיניים של האוטומטיזציה של כיור רחצה לאלה המופעלים בשעוני המים. שעון מוקדם נוסף שנעשה בו שימוש בגלגלי שיניים נבנה במהלך המאה ה-7 בצ'אנגאן, על ידי נזיר ומתמטיקאי טנטרי, יי שינג, ובכיר בממשל שם בשם ליאנג לינגזן. היה זה מכשיר אסטרונומי ששימש כשעון, הוא נדון ומתואר בטקסט בן זמנם.
מכיוון שהשעון של יי שינג היה שעון מים, הוא הושפע משינויי טמפרטורה. בעיה זו נפתרה בשנת 976 על ידי ג'אנג סיקסון על ידי החלפת המים בכספית, שנותרה נוזלית עד מינוס 39 מעלות צלזיוס. ג'אנג יישם את השינויים במגדל השעון שלו, שגובהו היה , ועשוי עם טכניקה של גלגלי שיניים כדי לשמור על שעון מסתובב ופעמונים המצלצלים בכל רבע שעה. שעון מיוחד נוסף הוא המנוע הקוסמי המשוכלל, שנבנה על ידי סו סונג, בשנת 1088. זה היה בערך בגודל של המגדל של ג'אנג, אך הייתה לו ספירה ארמילרית שהסתובבה אוטומטית - וכונתה בשם "כדור שמימי", ממנו ניתן היה להתבונן במנח הכוכבים. הוא כלל גם חמישה לוחות עם בובות מצלצלות על ידי גונג או פעמון, וכן טבלאות המציגות את השעה ביום וכן זמנים מיוחדים אחרים. יתרה מזאת, הוא כלל את שרשרת השיניים (בעלת יכולת העברה האין סופית של האנרגיה) הראשונה הידועה לנו בהורולוגיה. במקור נבנתה בבירת קאיפנג, ולאחר מכן הוא פורק על ידי צבא ג'ין ונשלח לבירת ינאג'ינג (כיום בייג'ינג), שם לא הצליחו לחבר אותה. כתוצאה מכך, ניתנה הוראה לבנו של סו סונג ששמו היה סו שי, לבנות העתק.
מגדלי השעון שנבנו על ידי ג'אנג סיקסון וסו סונג, במאות העשירית וה-11, בהתאמה, שילבו גם מנגנון שעון מַכֶּה, להשמעת השעות. שעון מכה מחוץ לסין היה שעון המים ע"ש ג'יירון, במסגד אומאי בדמשק, סוריה, שהכה אחת לשעה. הוא נבנה על ידי מוחמד אל-סעתי במאה ה -12, ותואר לאחר מכן על ידי בנו רידוואן בן אל-סעתי, בספרו "על בניית שעונים והשימוש בהם" (1203) בעת שיפוץ השעון. בשנת 1235 הושלמה בנייתו של שעון מעורר מונומנטלי קדום המונע במים ש"הודיע על שעות התפילה שנקבעו, ובאופן כללי את השעות גם ביום וגם בלילה" באולם הכניסה של המדרסה מוסטנסרייה בבגדאד.
שעון ההילוכים הראשון הומצא במאה ה-11 על ידי המהנדס הערבי אבן חלף אל-מוראדי באיבריה האיסלאמית; זה היה שעון מים שהפעיל מנגנון הילוכים מורכב, כולל הילוכים סגמנטליים וגם אפיציקליים, המסוגל להעביר מומנט כוח גבוה. השעון היה בלתי ניתן לתחרות בשימוש בהילוכים מורכבים ומתוחכמים, עד לשעונים המכניים של אמצע המאה ה-14. השעון של אל-מוראדי עשה שימוש גם בכספית בקישורים ההידראוליים, שיכלו לבצע אוטומטיזציה מכנית. עבודתו של אל-מוראדי הייתה ידועה בקרב חוקרים שעבדו תחת אלפונסו העשירי, מלך קסטיליה, לכן ייתכן שמנגנון זה שיחק תפקיד בהתפתחותם של השעונים המכניים האירופיים בהמשך. שעוני מים מונומנטליים אחרים שהוקמו על ידי מהנדסים מוסלמים מימי הביניים הפעילו גם רכבות הילוכים מורכבות ומערכות אוטומטיזציה שונות. כמו היוונים והסינים הקדומים, גם מהנדסים ערבים באותה תקופה פיתחו מנגנון גלגל שיניים מוּנע נוזלים שבו השתמשו בכמה משעוני המים שלהם. מצופים כבדים שימשו כמשקולות, ומערכת ראש קבועה שימשה כמכניקה של גלגלי שיניים, שהייתה נוכחת במערכות השליטה ההידראוליות בהן השתמשו כדי לגרום למצופים הכבדים לרדת בקצב איטי ויציב.
שעון כספית, המתואר ביצירה ספרדית משנת 1277 המורכב מתרגומים ופרפראזות של יצירות ערבית, מצוטט לעיתים כעדות על ידע של שעון מכני אצל המוסלמים. עם זאת, מתקן זה זה היה למעשה שעון מים גלילי בעל תאים, אותו בנה המחבר היהודי רבי יצחק, על פי עקרונות שתוארו על ידי פילוסוף בשם "איראן", המזוהה עם הרון מאלכסנדריה (מהמאה הראשונה לספירה), העוסקים בשאלה כיצד ניתן להרים חפצים כבדים.
מגדלי שעון.
מגדלי שעונים במערב אירופה בימי הביניים היו לפעמים שעונים מכים. השעון המקורי המפורסם ביותר שעומד עדיין הוא כנראה שעון סנט מארק על ראש המגדל שבכיכר סנט מארק בוונציה, שהורכב בשנת 1493 על ידי השען ג'יאן קרלו רייניירי (Gian Carlo Rainieri) מרג'ו אמיליה.
בשנת 1497, סימון קמפנטו (Simone Campanato) עיצב את הפעמון הגדול שעליו מכה כל פרק זמן מוגדר על ידי שני פסלי ברונזה מכניים בגובה 2.60 מ', המכונים "Due Mori" ("שני מורים"), אשר אוחזים בפטיש ומכים בשעון.
מגדל שעון מוקדם יותר (1490), הוא השעון האסטרונומי בפראג שנבנה על ידי המאסטר יאן רוש (נקרא גם Hanuš) - על פי מקור נוסף שעון זה הורכב כבר בשנת 1410 על ידי השען מיקולאש מקאדאס והמתמטיקאי יאן שינדל. המצעד האלגורי של הפסלים המונפשים מתבצע מדי שעה עגולה בכל יום (החל מהשעה 9:00 בבוקר ועד השעה 21:00).
שעונים אסטרונומיים.
במהלך המאה ה-11 בשושלת סונג, האסטרונום הסיני, ההורולוג והמהנדס המכונות סו סונג יצר שעון אסטרונומי מוּנע מים למגדל השעון שלו בעיר קאיפנג. הוא שילב מנגנון גלגל שיניים וכן שרשרת שיניים העתיקה ביותר הידועה לנו, שהניעו את הספירה הארמילרית.
אסטרונומים מוסלמים בני זמנו גם כן בנו מגוון שעונים אסטרונומיים מדויקים ביותר לשימוש במסגדים ובמצפי הכוכבים שלהם, כגון השעון האסטרונומי המונע על ידי אל-ג'זארי בשנת 1206, והשעון האסטרולבי מאת אבן אל-שטיר בראשית המאה ה-14. האסטרולבים קוצבי השעות המתוחכמים ביותר היו בעלי מנגנוני גלגלי שיניים שתוכננו ועוצבו על ידי אל-בירוני במאה ה-11 ועל ידי מוחמד אבן אבי בכר במאה ה-13. מכשירים אלה תפקדו כשעונים וגם כלוחות שנה.
שעון אסטרונומי מתוחכם המונע על ידי מים נבנה על ידי אל-ג'זארי בשנת 1206. שעון הטירה הזה היה מכשיר מורכב מאוד, בערך בגובה של , והיו לו פונקציות מרובות לצד מעקב אחר שעות. הוא כלל תצוגה של גלגל המזלות ושבילי השמש והירח, ומצביע בצורת מופע הירח שנע בראש שער, הועבר על ידי עגלה נסתרת וגרם לדלתות להיפתח, וכל אחת מהן חשפה בובה, כל שעה. ניתן היה לאפס את אורך היום והלילה על מנת להתאים לאורכי היום והלילה המשתנים לאורך השנה. שעון זה כלל גם מספר אוטומטים כולל בזים ומוזיקאים שניגנו אוטומטית מוזיקה כאשר נעו על ידי מנופים שהופעלו על ידי גל זיזים נסתר המחובר לגלגל מים.
השעונים המכניים ושעוני היד המוקדמים.
השענים האירופאים הקדומים ביותר היו נזירים קתולים. מוסדות דת מימי הביניים דרשו שעונים מכיוון שהם הסדירו באופן קפדני את לוחות הזמנים לתפילה ולעבודה, תוך שימוש בסוגים שונים של אמצעי כריזה ותיעוד זמן, כמו שעוני מים, שעון שמש ונרות מסומנים, ככל הנראה בשילובם של כל אלה. כאשר נכנסו לשימוש שעונים מכניים הם כוונו לעיתים קרובות לפחות פעמיים ביום כדי להבטיח דיוק מרבי. מנזרים שידרו זמנים ומִשכי זמן חשובים בעזרת פעמונים, שהונעו בעזרת ידי אדם או באמצעות מכשיר מכני, כגון נפילת משקולת או באמצעות פטיש מכה מסתובב.