古人將天文觀測場所稱為清檯、神臺、靈臺、觀星臺、觀象臺等。據歷史典籍記載，夏代的天文臺叫清檯，商代的天文臺稱神臺，周代則又改為靈臺。不過，以上三代中的前兩代早已無法考證，只有周代靈臺的記述稍為詳盡。

《欽定書經圖說》"璇璣玉衡圖"

"璇璣玉衡"指的就是渾儀，圖中描繪的是帝舜攝政之後，使用渾儀觀測天象的情景。這幅圖是後人根據想象畫的，當時還沒有渾儀這樣複雜的天文儀器。

據說周文王時期，曾在都城豐邑西郊築有一座靈臺，"臺高二丈，週四百二十步"。《詩經·大雅·靈臺》稱："靈臺，民始附也。文王受命而民樂。其有靈德以及鳥獸昆蟲焉。"而且"經始靈臺，經之營之，庶民攻之，不日成之"，靈臺是觀象占驗之所，古人認為可以據此仰測天意，具有非常大的象徵意義，因此，周文王聚眾修建靈臺，從開始規劃修築，到最終完成，只使用了很短的時間。這其實也是藉助百姓為周王建造靈臺之事，表明文王有德，使人民樂於歸附。

當然，古代統治者一般將觀測天象、占卜吉凶的大權控制在自己手中，以此表明自己是"受命於天"，所以天文臺通常只有中央政權才能擁有。周文王建靈臺時，其地位還僅是諸侯，以諸侯的身份建造靈臺，實際上已是僭越犯上的行為。

東漢許慎（約58—147年）在《五經異義》中曾言："天子有三臺，靈臺以觀天文；時臺以觀四時施化；囿[ yòu ]臺以觀鳥獸魚鱉。諸侯卑，不得觀天文，無靈臺，但有時臺、囿臺。"鄭玄則稱："天子有靈臺者，所以觀祲象、察氛祥也。文王受命而作邑於豐，立靈臺。"這些都表明，諸侯一般都沒有靈臺，只有天子權力衰弱的時候，諸侯們才敢建造自己的天文臺。

春秋時期的魯國也建有天文臺，稱為觀臺。據《左傳》記載，僖公五年（公元前655年）正月辛亥朔日南至（日南至即冬至日），魯僖公親自登上觀臺觀測天象，史官們對此還作了記錄。昭公二十年（公元前520年）二月己丑日南至，天文官梓慎也曾至觀臺上望氛（望氛即望氣，古代泛指觀天文、望雲氣的活動）。

早期的天文臺除了觀測天象，還兼做氣象觀測，有時還是祭祀的場所。後來隨著天文工作的發展和祭祀活動的制度化，才逐漸將兩者分開。祭祀和頒佈時令等活動被轉移至明堂或者專門的社壇神廟，天文臺逐漸成為專門進行天象觀測的地方。隨著觀測水平的發展，臺上開始出現了各類儀器裝置。

《魯班經》"司天臺式"

西漢時，長安城郊築有天文臺，最初叫清檯，後改稱靈臺，臺高十五仞[ rèn ]（古時八尺或七尺為一仞）。上有渾儀、銅表及相風銅鳥等儀器。東漢遷都洛陽後此臺仍在使用。對此，古代地理書籍《三輔黃圖》記載有："漢靈臺，在長安西北八里，漢始曰清檯，本為候者觀陰陽天文之變，更名靈臺。郭延生《述徵記》曰：'長安宮南有靈臺，高十五仞，上有渾儀，張衡所制，又有相風、銅鳥，遇風乃動……又有銅表，高八尺，長一丈三尺，廣尺二寸，題雲太初四年（公元前101年）造'。"

東漢中元元年（56年），當時都城洛陽的平昌門南直大道東西兩邊建有靈臺和明堂各一座。其中，靈臺屬太史令管轄，由一名靈臺丞主持工作，負責監測日月星氣。對此，《東觀漢記》記載："中元元年初，起明堂、靈臺、辟雍及北郊兆域。"《玉海》引《洛陽記》中也記有"平昌門南直大道，東是明堂，道西是靈臺"。

另據史料記載，這座靈臺應是當時全國最大的國家天文臺。自東漢建武中元元年開始，一直到曹魏和西晉時期，連續使用長達250年之久。東漢天文學家張衡（78—139年），先後兩次出任太史令，負責此臺的觀測工作。可惜此天文臺現在已經不存在了。1974年經考古發掘，這座東漢靈臺的遺址在洛陽城南郊（今偃師縣境內）被發現。

東漢靈臺遺址

考古發現這座靈臺的臺體全部由夯土築成，臺基長寬各約50米。靈臺地面以上部分，因年代久遠，已坍塌為一橢圓形的平面。靈臺的四周有上下兩層平臺，均有建築遺蹟。其中，第二層平臺比第一層迴廊高出約1.8米，其南北寬約8.5米，四面各有五間建築，每面總長約27米，每間面闊約5.5米，可見建築總體規模之大。據記載，此靈臺共有十二扇門。東漢章帝元和二年（85年）首次寫有十二門詩，各以其月祀而奏之，靈帝熹平四年（175年）正月，又寫有十二門新詩，予樂官習誦。