古时候是没有钟表的。不管是罗马、埃及、巴比伦、印度还是中国，人们都是用太阳影子的长短来计量时间的。我国很早就用日晷计时了。河南省登封县告成镇有个观星台，（如图），建于元代，台高约9．5米，台下有长约31．2米南北向的“量天尺”，这是我国现存规模最大的天文观测建筑了。
用日影测时要受气象限制，很不方便。于是人们发明了漏沙计时的“沙钟”，燃香计时的“火钟”，细水长流的“水钟”或“铜壶滴漏”。最值得称道的是我国北宋苏颂（公元1020一1101年）等人发明的“水运仪象台”（如图），它是最早采用齿轮的机械计时仪，国际上称之为“苏颂钟”。被世界著名的科学史专家李约瑟誉为“现代天文钟的鼻祖”。
上面的这些计时装置都只能粗略计时。直到17世纪中叶，意大利科学家伽利略发现了用长绳吊着的小球的来回摆动具有等时性，1656年荷兰物理学家惠更斯利用这一原理造出了第一个实用的机械摆钟，人们才算掌握了比较精确的测量时间的方法。1658年英国物理学家胡克造出了有摆轮的怀表，1760年具有时、分、秒三个针的怀表问世，使机械表更加具有实用价值。
最精确的机械钟要算1920年问世的邵特钟了。这种钟一昼夜误差可减少到千分之一秒，所以多被当时的天文台用来作天文钟。
但是机械钟怕震，一次小地震就可能使它停摆或产生较大的误差，而且它的精度不能再提高了。本世纪30年代出现了石英钟。石英钟一昼夜的误差只有万分之一秒。这样，诞生不到20年的邵特钟便“退役”了，天文钟就由石英钟来充当了。
后来，人们发现某些物质的分子或原子有更为稳定的计时功能，于是出现了原子钟。原子钟走时更准，运行3000多年才产生1秒的误差。第一台原子钟是美国于1949年造出的。我国在1964年由上海天文台制成了氨原子钟，1972年又制成了氢原子钟。目前我国上海天文台和陕西天文台都有多台原子钟同时运行，精确度已达到世界一流水平。