​古代瑪雅人是狂熱的天文學家，記錄和解釋天空的方方面面。他們相信在星星、月亮和行星上都可以看到神的意志和行為，所以他們把時間花在這上面，他們許多最重要的建築都是在考慮天文學的情況下建造的。瑪雅人研究過太陽、月亮和行星，特別是金星。

瑪雅天文學的全盛時期是公元前8世紀，瑪雅的天文管理員在9世紀初瓜地馬拉許爾屯的一個特殊結構的牆壁上公佈了跟蹤天體運動的天文表。這些表也在德累斯頓法典中被發現，這是一本關於公元15世紀的樹皮紙書。然瑪雅曆法很大程度上是基於至少在公元前1500年創造的古中美洲曆法，但瑪雅曆法是由專業天文觀測者修正和維護的。

瑪雅人認為地球是一切事物的中心，是固定的，不可移動的。星星、月亮、太陽和行星都是神，他們的運動被解釋為神在地球、陰間和其他天體之間旅行。這些神與人類事務密切相關，因此他們的活動被密切關注。瑪雅人生活中的許多事件都是與某些天象時刻相吻合的。例如，一場戰爭可能會被推遲到諸神就位之後，或者只有在夜空中可以看到某個行星時，統治者才能登上瑪雅城邦的王位。

太陽對古瑪雅人至關重要。瑪雅太陽神是Kinich Ahau。他是瑪雅萬神殿中最強大的神之一，被認為是伊扎姆那神的一部分，他是瑪雅的創造者之一。Kinich Ahau白天會在天空中發光，晚上會變成一隻美洲虎，穿過瑪雅人的地下世界。在基切瑪雅議會的書《波波爾·烏》中的一個故事中，英雄雙胞胎胡納普和斯巴蘭科把自己變成了太陽和月亮。一些瑪雅王朝聲稱是太陽的後裔。瑪雅人擅長預測日食、至日、二分點等太陽現象。

對古瑪雅人來說，月亮幾乎和太陽一樣重要。瑪雅的天文學家以極高的精度分析和預測了月球的運動。就像太陽和行星一樣，瑪雅王朝經常聲稱自己是月亮的後裔。瑪雅神話通常把月亮與少女、老婦人和兔子聯絡在一起。

瑪雅最初的月亮女神是伊克斯切爾，一位強大的女神，她與太陽戰鬥，並使他每天晚上下降到陰間。雖然她是一個可怕的女神，她也是分娩和生育的守護神。九丘普是另一位月亮女神，在一些法典描述過：她又年輕又漂亮，也許在她年輕的時候或者以另一種形式存在過。

瑪雅人知道太陽系中的行星——金星、火星、土星和木星——並跟蹤它們的運動。到目前為止，瑪雅人最重要的行星是金星，他們認為金星與戰爭有關。戰鬥和戰爭的安排將與金星的運動相一致，被捕獲的戰士和領袖也將根據金星在夜空中的位置而被獻祭。瑪雅人煞費苦心地記錄了金星的運動，並確定它的一年（相對於地球而不是太陽）是584天，接近於現代科學所確定的583.92天。

像行星一樣，恆星在天空中移動，但與行星不同的是，它們保持相對的位置。對於瑪雅人來說，星星在他們的神話中沒有太陽、月亮、金星和其他行星那麼重要。然而，這些恆星是按季節變化的，瑪雅天文學家利用它們來預測季節的變化，這對農業規劃至關重要。因此，這些星星比瑪雅天文學的許多其他方面更有實用價值。

瑪雅曆法與天文學有關。瑪雅人基本上使用了兩種日曆：圓形日曆和長計數日曆。瑪雅人的長曆法被分成不同的時間單位，以Haab或太陽年（365天）為基礎。曆法輪包括兩個獨立的歷法，第一個是365天的太陽年，第二個是260天的卓爾金週期。這些週期每52年調整一次。