周代在繼承和發展商代觀象授時成果的基礎上，將制訂曆法的工作推進了一步。周代（大允是春秋中葉，即公元前600年左右）已經發明了用土圭測日影來確定冬至（一年中正午日影最長的日子）和夏至（一年中正午日影最短的日子）等重要節氣的方法，這樣再加上推算，就可以將回歸年的長度定得更準確了。周代的天文學家已經掌握了推算日月全朔的方法，並能夠定出朔日，這可以從反映周代乃至周代以前資料的《詩經》中得到證實，該書的《小雅 十月之交》中記載到：“十月之交朔月辛卯，日有食之，……彼月而食，則維其常，此日而食，于何不臧？”“朔月”二字在我國典籍中這是首次出現，也是我國第一次明確地記載日期（周幽王六年，即公元前776年）的一次日食。周代曆法的第三個進展是，到春秋末至戰國時代，已經定出回歸年長為365日，併發現了19年設置7個閏月的方法。在這些成果的基礎上，誕生了具有歷史意義的科學曆法——四分歷。在歐洲，羅馬人在公元前43年採用的儒略曆中，也用365日這個數據，但比我國晚了大約500年左右。19年7閏法，古代希臘人默冬在公元前432年才發現，比我國也晚大約100年。四分歷的問世，標誌我國曆法已經進入了相當成熟的時期。當時各諸侯國分別使用的黃帝歷、顓頊歷、夏曆、殷曆、周曆、魯歷，即人們所統稱的古六歷，其實都是四分歷。四分歷問世以後，隨著科學技術的發展，歷代編歷家屢有改革，遂使中國古代曆法不斷完善，內容亦日趨豐富起來。對四分歷的第一次改革，當屬西漢武帝時期由鄧平、落下閎等人提出的八十一分律曆。由於漢武帝下令造新曆是在元封七年（公元前104年），故把元封七年改為太初元年，並規定以十二月底為太初元年終，以後每年都從孟春正月開始，到季冬十二月年終。這部曆法即叫做《太初歷》。這部曆法朔望長為29日，故稱八十一分法，或八十一分律曆。

　　《太初歷》是中國有完整資料的第一部傳世曆法，與四分歷相比其進步之處有三點：以正月為歲首，將我國獨創的二十四節氣分配于十二個月中，並以沒有中氣的月份為閏月，從而使月份與季節配合得更合理；行星的會合週期測得較準確，如水星為115.87日，比現在測量值115.88日僅小0.01日；採用135個月的交食週期，即一食年為346.66日，比今測值只在0.04日。

　　東漢末年劉洪（公元158-167年）制訂的《乾象歷》，首次將回歸年的尾數降至1/4以下，成為365.2462日；他第一次將月球運行有快、慢變化引入曆法，成為第一部載有定朔算法的曆法，這部曆法還給出了黃道和白道的交角數值為六度左右，並且由此推斷，只有月球距黃、白道交點在十五度以內時，才有可能發生日食，這實際上提出了“食限”的概念。

　　中氣和十二個月的對應關係

　　月份 正月 二月 三月 四月 五月 六月

　　中氣 雨水 春分 穀雨 小滿 夏至 大暑

　　黃經 330 0 30 60 90 120

　　月份 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月

　　中氣 處暑 秋分 霜降 小雪 冬至 大寒

　　黃經 150 180 210 240 270 300

　　南北朝時代的祖衝之，首次將東晉虞喜（公元281-356年）發現的歲差引用到他編制的《大明曆》中，並且定出了四十五年十一個月差一度的歲差值，這個數值雖然偏大，但首創之業績是偉大的。祖衝之測定的交點月長為27.21223日，與今測值僅差十萬分之一。到了隋代，劉焯（公元544-610年）在制訂《皇極歷》時，他採用的歲差值較為精確，是七十五年差一度。劉焯制訂的《皇極歷》還考慮了太陽和月亮運行的不均勻性，為推得朔的準確時刻，他創立了等間距的二次差內插法的公式，這一創造，不僅在中國制歷史上有重要意義，在中國數學史上亦佔重要地位。

　　唐代值得介紹的曆法還有《大衍歷》和《宣明歷》。

　　唐代一行在大規模天體測量的基礎上，于開元十五年（公元727年）撰成《大衍歷》的初稿，一行去世後，由張説和陳玄景等人整理成書。

　　《大衍歷》用定氣編制太陽運動表，一行為完成這項計算，發明了不等間二次差內插法。《大衍歷》還用了具有正弦函數性質的表格和含有三次差的近似內插法，來處理行星運動的不均性問題。《大衍歷》以其革新號稱“唐歷之冠”，又以其條理清楚而成為後代曆法的典範。

　　徐昂制訂的《宣明歷》頒發實行于長慶二年（公元822年），是繼《大衍歷》之後，唐代的又一部優良曆法，它給出的近點月以及交點月日數分別為27.55455日（今測值27.5545503日）和27.2122日（今測值27.2122206日）；它尤以提出日食三差，即時差、氣差、刻差而著稱，這就提高了推算日食的準確度。