《太初历》的产生，是西汉时期天文学发展的一项重要成就。首先，由于《太初历》是建立在天文实测的基础上的历法，它克服了原来颛顼历与实际天象有时不符的弊端，因而更加科学，经得起实践的检验。据说，该历制订27年后，太史令张寿王曾以推算起点不准、合朔时刻亏了3／4日为由，要求修改《太初历》，启用殷历。政府组织20多人验历，用了3年时间，结果证明《太初历》与实际天象基本吻合。这开创了观天制历、以天验历的好传统。其次，《太初历》采用夏正，以寅月为岁首，与一年的农事起始时间相符，适应了人们以春夏秋冬四季为一年的习惯。再次，《太初历》还规定了以无中气之月为闰月，比过去以年终置闰的方法更为合理，可使月份与节气相对固定。此外，《太初历》还重新测定了二十八宿的距离，第一次明确提出了交食周期的概念和数值，测定了比以前历法更为准确的五星会合的周期值，并且制订了五星在一个会合周期的动态表，建立了一套定量地预报任一时期五星位置的方法，等等。由此可见，《太初历》确实是当时最先进的历法，它不仅是对以往科学技术尤其是历法研究方面所取得的成就的继承与发扬，而且有所创新，是当时社会发展和生产力水平提高的一个重要标志。而从前文所述的中国古代历法体系所包含的五项内容看，它已具备了前四项，几乎是当时的一部天文学年鉴和天文年历。
对于《太初历》的最初修订，是在西汉末年。刘歆是一位经学大师，也是一位杰出的天文学家。在天文学领域，他有众多的发现。如他发现木星运行周期不到12年，以12年作为周期计算，岁星就会出现“超辰”现象，并由此提出了一种岁星超辰的计算方法；他还计算出了比《太初历》更精确的朔望月数值和回归年数值，等等。对于当时所通行的历法《太初历》，他经过修订，提出了《三统历》，并撰写了《三统历谱》。《三统历》使用的仍是《太初历》的数据，其所以用三统命名，是因为从《太初历》历元时刻起算，经1539年之后，朔和冬至又回到同一天的夜半，故以1539年为一统；经三个1539年后，朔和冬至又回到同一个甲子日的夜半，故谓之三统。按照刘歆的理论，每过一统就要更换一个朝代，也就要改一次正朔，易一次服色，从而表示接受了这一统的天命。可见，刘歆造《三统历》，与他当时作为王莽的国师的身份以及王莽篡汉的政治企图有密切的关系。
不过，作为一部历法，《三统历》也有其值得称道之处。如《太初历》规定以4617年为元，虽然满足了一元三统的要求，却不能从哲学上给以满意的解释。刘歆既精于律历术数，又通经学，经过他的发展，历法的内容变得更丰富、形式更完善了。刘歆的《三统历》载于《汉书·律历志》，共分七个部分：统母、纪母、五步、统术、纪术、岁术和世经。每一部分都只记算法，不标计算结果。以后历朝格式虽有不同，但大要不变，成了修订历法的定式。再有，由于《太初历》已失传，而《三统历》却被《汉书·律历志》作为蓝本保存下来，使我们得以根据《三统历》，大致了解《太初历》的内容。
