日晷（汉）1897年内蒙古托克托出土
秦汉时期天文学的进步，天体观测记录的趋于完备、精细，是与天体观测手段的改进、天文仪器的制作分不开的。中国古代的天体测量仪器，主要有浑仪、圭表、漏壶、浑象和星图等。其中浑仪、圭表、漏壶，汉以前就有，至汉代有了改进；浑象为汉代的发明；战国时有星表，到汉代发展成为星图，使其成为天文观测必不可少的工具。
中国古代的浑仪与古希腊的不同，古希腊的浑仪以黄道坐标为主，而中国的浑仪是以天赤道坐标为主。在汉代，浑仪有几次改进。
铜漏壶（西汉）1976年内蒙古杭锦旗出土
武帝时制订《太初历》期间，落下闳改进了浑仪，用它测量了二十八宿距离等数据。到两汉之际，浑仪已经有一个固定的赤道环和绕轴旋转并附有窥管的赤经环组成，两环上都刻有周天度数，可以测定天体的入宿度和去极度，所谓去极度就是天体距离天北极的度数，相当于赤纬的余角。东汉前期，民间天文学家傅安第一次给浑仪添加了一个黄道环，这和赤道环成24°夹角。这一黄赤交角和理论值的差大约只有一分。利用黄道环可以观测日月行度。在这一基础上，东汉天文学家张衡又给浑仪添加了地平环和子午环。经过这一系列的改进，浑仪作为中国古代一种重要的天文观测手段已基本趋于完善。