大約在3000多年前的西周時期，中國的天文觀測已經達到了相當高的水平。周公旦在位於中原地區的登封陽城設立天文觀測地點，立土圭、測日影，確定了這裡是“大地之中”。唐開元十一年(公元723年)，由天文官南宮說在這裡刻立紀念石表一座，規制上與《周禮》所載土圭測影說相近，表南面刻“周公測景(影)臺”五字。

周公經過日復一日的測影，把每天測量的影長數量記錄下來，根據每天中午日影的變化，從而找出了季節的變化。周公把表影最長的那天定為“冬至”，這天中午太陽直射南迴歸線，北半球的白天最短；把表影最短的那天，定為“夏至”，這天中午，太陽直射北迴歸線，北半球的白天最長；把一年中日影最長的一天到下年日影最長一天的週期定為一個“迴歸年”，在一年中把兩個日影長度相等，晝夜時刻相同的日子分別定為“春分”和“秋分”，然後總結出二十四個節氣，來服務於人類的生產活動。它反映了中國古代科學家和古代勞動人民在天文學上的卓越成就，也是中國天文發展史上的寶貴遺產和不可得的實物資料。

元朝初年(公元1279年前後)，元世祖忽必烈詔令著名的天文學家郭守敬、王詢等改革曆法，在全國設立了27處觀測臺，而登封告成的觀星臺則為中心觀測臺。

登封觀星臺為磚石結構，由臺身和石圭兩部分組成，是郭守敬所創高表制度僅有的實物例證。郭守敬透過測量，推算出一個迴歸年為365日5小時49分20秒，與現代測算的迴歸年時間相比，僅相差26秒。他制定的《授時歷》，比現在通行的公曆早了300多年，體現了中國古代天文、曆法的最高水平。

除了測量日影的功能之外，當年的觀星臺上可能還有觀測星象等設施。元初進行“四海測驗”時，在此地觀測北極星的記錄，由此可知，觀星臺當是一座具有測影﹑觀星等多種功能的天文臺。

如今，元代的天文臺依然儲存完整，巍然屹立於中嶽嵩山腳下，已經成為中國現存最早的古天文臺建築，也是世界上重要的天文古蹟之一。