商周对天象的观测十分重视，有许多天象记录远比世界其他国家为早。现在发现的商代甲骨文有不少关于日食和月食的记录；还有一些对大火星、大辰星和新星的观测记录，其中关于新星的记录是世界上最早的新星记录。据今人研究，大概周代中期以后，我国即利用以往的天文观测经验，建立起比较准确的天象发生位置的统一坐标系统——二十八宿系统。二十八宿系统把天球黄赤道带附近的恒星分成二十八组：角、亢、氐、房、心、尾、箕；斗、牛、女、虚、危、室、壁；奎、娄、胃、昴、毕、觜、参；井、鬼、柳、星、张、翼、轸，每一组取一颗星作为本宿的量度，形成一个比较严密的参考体系。《诗》中有不少二十八宿名字的记载，也有很多诗篇记载了恒星出没反映的季节变化以及它与社会生产、人们生活的关系，像“七月流火，九月授衣”，“春日载阳，有鸣仓庚”，“定之方中，作于楚宫”等，有的甚至拿天上的星宿和生产工具、生活用具作比较，说天上的“斗”（北斗。斗，是舀酒的勺）不能舀酒，天上的“箕”不能簸东西。顾炎武说：“三代以上，人人皆知天文。七月流火，农夫之辞也；三星在户，妇人之语也；月离于毕，戍卒之作也；龙尾伏辰，儿童之谣也。后世文人学士，有问之而茫然者矣。”[2]这话说得很有道理。
商周关于行星也有一定的认识。殷墟卜辞中的“岁”，就是木星。《诗》中常见的“启明”、“长庚”、“明星”就是金星。
甘德、石申著作一个大的成就就是发现了荧惑（火星）和太白（金星）有时会逆行，即自东往西反行。他们把行星逆行的弧线描绘成巳字形，这是对五星研究的一个大发现。《汉书·艺文志》记载：“古历五星之推，无逆行者。至甘氏、石氏经，以荧惑、太白为有逆行。”关于荧惑、太白逆行的路线，《开元占经》引甘德的说法是：“去而复还为勾，再勾为巳”，引石申的说法说“东西为勾，南北为巳”，这结论是很接近的。他们测定了金星和木星会合周期的长度，并定出火星的恒星周期是1.9年，木星为12年，这都是了不起的发现。据学者研究，湖南长沙马王堆出土的帛书《五星占》记载了从秦始皇元年到汉文帝三年的木、土、金星位置和会合周期的动态，指出金星的会合周期为584.4日，土星为377日，与今天的测定值相差很小。马王堆出土的帛书《五星占》与战国时秦国的颛顼历关于行星运行的知识关系密切，这说明战国末期的历象学较之甘德、石申的历象学又有了很大进步。
1977年湖北随县擂鼓墩战国早期曾侯乙墓出土的漆箱盖上发现了完整的二十八宿标示图，这是迄今为止发现的最早的记有完整的二十八宿名字的材料。《开元占经》及甘德、石申等家的学说，除了对二十八宿进行详解外，对二十八宿以外的天区的星数及与相邻天区之间的相对位置也作了说明，这是很了不起的。尤其是，石申著作中开列了“石氏星表”，记载了121颗恒星的赤道坐标值和黄道内外度，这可以说是天文学家几百年长期观测的结果。石申的“石氏星表”，是中国古代早期恒星观测的重大成果，也是世界上最早的恒星表，这表明当时中国的天象研究已处在了世界前列。
春秋战国时期的文献中还记载了很多异常天象的观测，仅《春秋》一部书，记载的日食就有37次。经研究证明，起码有33次是正确无误的，这在世界上也是独一无二的。《春秋》庄公七年（公元前687年）记载的“夏四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨”是世界上最早的流星雨记录，文公十四年（公元前613年）记载的“秋七月，有星孛入北斗”是世界上最早的哈雷彗星记录，这都为世界性的天文研究提供了宝贵的资料。
春秋战国时期，历法也有了长足的进步。春秋后期，我国已使用了取回归年长度为365.25日、并采用十九年七闰为闰周的历法——古四分历。这一回归年的数值比真正的回归年的长度只多11分钟，欧洲采用同样数值的儒略历要比我国晚500年。能较好地调节回归年与朔望月长度的十九年七闰法，也比欧洲要早100年左右。春秋战国时期，诸侯各国分别采用黄帝、颛顼、夏、殷、周、鲁几种历法，它们历法起算的年份和岁首不同，但都是四分历，这说明当时我国的历法普遍是比较进步的，它为以后的天文研究奠定了坚实的基础。
