Azok az ókori népek, amelyek fejlett csillagászati ismeretekkel és komoly naptárral rendelkeztek, mind nagy folyók, folyamok mentén éltek (Tigris, Eufrátesz, Gangesz, Nílus stb.). Földjeiket e folyamok vizével öntözték. A vízszint évszakos változásait jól kellett ismerniük, hogy a termékenyítő áradások idejét előrejelezhessék. Segítségül az égitestek mozgását használták és fejlett, pontos csillagászati megfigyeléseken alapuló naptárakat alkottak. A hajózás és a kereskedelem fejlődésével mind fontosabbá vált a tájékozódás, amely szintén csillagászati megfigyeléseket igényelt. A harmadik ok, amiért e birodalmak csillagászati kultúrája magas szintet ért el, a csillagjóslás volt. A régi korok embere természetesnek tartotta, hogy az égitestek befolyásolják a földi jelenségeket. Ezért gondosan figyelték az eget és megpróbálták megjósolni a jövő eseményeit. Így született meg – talán már a csillagászattal egy időben – a csillagjóslás "tudománya". Görögül asztrológiának nevezik, és a komoly csillagászok mindig is a csillagászat (asztronómia) vadhajtásának tekintették. Tudományosan megalapozatlan mivolta ellenére sokat köszönhetünk az asztrológiának, mert az égitestek gondos megfigyelése során rengeteg adatot halmozott fel, amelyből a csillagászat aztán bőven meríthetett.
A Tigris és az Eufrátesz folyamok öntözte Mezopotámiában (Folyamközben) már a Kr. e. XXX. századtól kezdve beszélhetünk csillagászatról. Csúcspontját Kr. e. 600–500 között érte el, majd a Kr. e. I. században hanyatlásnak indult. A csillagászat művelése, akárcsak a többi tudományé, papi kiváltság volt. Rengeteg megfigyelést végeztek, s ezzel ők teremtették meg a tudományos csillagászat alapjait.
Mezopotámia népei az időszámítás szempontjából fontosabbnak tartották a Holdat, mint a Napot. A Hold járását ezért jól ismerték és fő időegységük a holdhónap volt. Ebből vettek tizenkettőt, amelyek egyenként 30 naposak voltak. Az év kezdete a tavaszi napéjegyenlőség napja volt. Ha a tavaszi hónapban nem jött el a következő napéjegyenlőség napja, akkor alkalomszerűen egy tizenharmadik szökőhónapot iktattak be. A Kr. e. VI. századtól egy 19 éves ciklust vezettek be, amelyben tizenkét év 12 hónapos, hét pedig 13 hónapos volt. Ezzel elérték, hogy a ciklus kezdete és az éppen esedékes tavaszi napéjegyenlőség időpontja egybeessék. Ez volt az ún. luniszoláris év, amely figyelembe vette a Hold és a Nap járását is (luna = Hold, szol = Nap). Kr. e. 1700-tól a napot 24 egyenlő hosszúságú órára osztották, a nap kezdetét pedig napnyugtától számították. Pontos idő- és szögmérő berendezéseik voltak, amelyek segítségével a holdhónap hosszát mindössze 0,7 másodperces eltéréssel határozták meg (29 nap, 12 óra, 44 perc, 3,5 másodperc a valóságos 29 nap, 12 óra, 44 perc, 2,8 másodperc helyett.) A Kr. e. IV. században ez óriási eredménynek számít. Megfigyelték a nap- és holdfogyatkozásokat. A mezopotámiai csillagászat egyik legjelentősebb teljesítménye, hogy felismerték a hasonló fogyatkozások periodikus egymásutániságát (Szárosz-ciklus, 18 év 11,3 nap). Már a Kr. e. XXX. században nevet adtak a legfontosabb csillagképeknek; a mai csillagászatban is használatos csillagképek alakja gyakorlatilag tőlük származik. Ők figyelték meg először a Nap látszólagos évi mozgását a Föld körül. A tájékozódás megkönnyítése végett a nappályát (ekliptikát) tizenkét részre osztották és az egyes részeknek nevet is adtak. A felosztás alapját az ekliptika mentén fénylő csillagok adták. Így születtek meg az állatövi csillagképek, amelyeket a modern csillagászat is átvett: Kos, Bika, Ikrek, Rák, Oroszlán, Szűz, Mérleg, Skorpió, Nyilas, Bak, Vízöntő, Halak. A bolygók mozgásáról igen pontos táblázatokat készítettek, amelyekben a csillagászati évkönyvek őseit tisztelhetjük. A Vénusz megfigyelése során rájöttek, hogy az esti és a hajnali csillag ugyanaz. Mezopotámia földjén, az Asszír Birodalomban fejlődött ki a rendszeres asztrológia. Ez Kr. e. 800–700 körül történt, és ezután még pontosabb megfigyelések történtek.
A papok valószínűleg tudták, hogy a Föld gömb alakú. Mivel a köznép ezt nehezen értette volna meg, a hivatalos tanítások félgömb alakú Földről beszéltek, vagy hegyekkel övezett lapos tányérról, amelynek közepén Babilon városa áll.