随着宇宙温度进一步下降，物质由于引力作用开始塌缩，逐级成团。在宇宙年龄约10年时星系开始形成，并逐渐演化为现时的样子。
天文学研究的对象有极大的尺度，极长的时间，极端的物理特性，因而地面试验室很难模拟。因此天文学的研究方法主要依靠观测。由于地球大气对紫外辐射、x射线和γ射线不透明，因此许多太空探测方法和手段相继出现，例如气球、火箭、人造卫星和航天器等。
天文学的理论常常由于观测信息的不足，天文学家经常会提出许多假说来解释一些天文现象。然后再根据新的观测结果，对原来的理论进行修改或者用新的理论来代替。这也是天文学不同于其他许多自然科学的地方。
十二生肖的产生，有着天文学的背景。
在原始时代，先民们体验着寒暑交替的循环往复。宋代洪皓《松漠纪闻》记载：“女真旧绝小，正朔所不及，其民皆不知纪年，问则曰‘我见青草几度矣’，盖以草一青为一岁也。”宋代孟珙《蒙鞑备录》也说：“其俗每草青为一岁，有人问其岁，则曰几草矣。”年又有观天者发现月亮盈亏周期可以用来丈量岁的长短，发现十二次月圆为一岁，这一发现，是初期历法最精度的成果之一，“十二”便视为传达天意的“天之大数”。天干需地支为伴，日月相对，天地相对，就非“十二”莫属了。
古代埃及，他们制定了自己的历法。马克思说：“计算尼罗河水涨落期的需要，产生了埃及的天文学。”这就是说，天文学知识的产生来自对自然界的观察。古埃及人发现三角洲地区尼罗河涨水与太阳、天狼星在地平线上升起同时发生，他们把这样的现象两次发生之间的时间定为一年，共365天。把全年分成12个月，每月30天，余下的5天作为节日之用；同时还把一年分为3季，即“泛滥季”、“长出五谷季”、“收割季”，每季4个月。希罗多德说：“埃及人在人类当中，第一个想出用太阳年计时的办法，……在我看来，他们的计时办法，要比希腊人的办法高明，因为希腊人，每隔一年就要插进去一个闰月，才能使季节吻合……”
埃及人把昼和夜各分成12个部分，每个部分为日出到日落或日落到日出的时间的1\/12。埃及人用石碗滴漏计算时间，石碗底部有个小口，水滴以固定的比率从碗中漏出。石碗标有各种记号用以标志各种不同季节的小时。别怀疑，古埃及的占星学可是很发达的。正如古埃及文明的特色一般，他们的十二星座也是以古埃及的神来代表的。
古埃及人关于星的研究与知识累积起源于远古时代农业生产的需要。古埃及的农业生产，由于播种季节和田野、果园的丰收，都要依赖于尼罗河的每年泛滥，而尼罗河的泛滥，又和星体运动有关，特别是每隔1460年便会出现日出、天狼升空与尼罗河泛滥同时发生的现象。所以，僧侣从很早便开始制作天体图。埃及的天文学与数学一样，仍然处于一种低水平的发展阶段，而且还落后于巴比伦。