自汉代开始，浑天说的“天体概念”是最为史官所用的，这里离不开学说理论的支撑，更有赖于以此学说制作的天文仪器“浑天仪”（浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表）的使用。普遍认为“浑天仪”是东汉时期张衡制作的，但其只是在西汉时期天文学家落下闳的天文仪器上进行了改造。落下闳发明的仪器就是“天地彻”，取其“通天彻地”之意。其也是浑天说较早的提出者之一，这个仪器后世也以“浑天”得名，正来自于此。
我们要讲古代天文仪器，暂时先把落下闳的“天地彻”和张衡的“浑天仪”搁置一下，看先古时期是否有天文仪器呢。《尚书·舜典》中有这样一句话“正月上日，受终于文祖。在璇玑玉衡，以齐七政”。这里的璇玑和玉衡，据说就是当时的天文仪器。璇玑者，璇是横着的玉杆，玑是转的意思，相当于后世的浑仪，也称铜浑。玉衡者，衡是平，相当于仪表，也称为玉仪。目前关于这一类的记载很少，只能以此来梳理一下。
这里我们可以发现，古代天文仪器制作的原理就是“设位（璇玑，浑仪）”和“垂象（玉衡，浑象）”。以此原理再往上古梳理，虽然上古时期人们认识宇宙的学说是“盖天说”，但我们结合“设位和垂象”所遵循的原理，伏羲画八卦以应天象，乾坤定南北，坎离定东西，天南地北为序，也已经具备了天文仪器的功用。因此可以说伏羲先天八卦就是上古的天文仪器（平面“仪器”）。
在汉代著作《春秋文耀钩》里说“高辛受命，重黎说天文，唐尧即位，羲和立浑仪”。这算是对三皇五帝时期关于天文的记载，意思在帝喾（高辛氏）时期，命火正重黎为掌管天地四时之官；重黎作为羲、和二氏的祖先，到了尧帝时，命羲和二氏为世代掌管天地四时的氏族，并制作了天文仪器（这里的“浑仪”，肯定不是汉代时的那种）。先秦时期的天文仪器，见记载的大抵就这些。
再回到“天地彻”和“浑仪”，结合浑天说——宇宙像鸡蛋，天地各乘气而立，载水而浮，天之包地，犹壳之裹黄。落下闳制作的这一仪器，以及张衡改进的形制，皆是由一重重的同心圆环构成，最基本构件是四游仪和赤道环。同时作为设位仪器，内有窥管，用来测定固定时刻天体坐标和地平坐标。具体使用和测定的方法，不在这里介绍了（小编也不懂，没见过实物）。
到了唐朝，由李淳风在浑仪基础上又完善了，称为“浑天黄道仪”。从汉代到元代，浑仪都在不断精确改进。至元代郭守敬，把浑仪拆分，简化创制成两个仪器，即简仪和立运仪。现存最早的浑天仪制造于明朝，陈列在南京紫金山天文台。古代天文仪器的变革，结合天象地舆与谶机之术，成为朝廷“观象应昭”的指导参考。这里要强调的是“司天监”这一古代官署，到元代才正式有其名——金代设司天台，元初因金制，立司天台，隶秘书监。当然在之前朝代，掌天地四时的职位都有，但并未以“司天监”为名。
