许多古老的文明会观察天体——通常是太阳和月亮，以确定时间、日期和季节。现今在西方社会通用的六十进制时间系统，可追溯至约四千年前的美索不达米亚和古埃及；后来，中美洲地区开发类似的系统。

第一个日历，可能在冰河时代末期，由狩猎收集者创造。他们利用如树枝和骨头等工具，记录月相和季节。世界各地──特别是在史前时期的欧洲──都有石阵，例如英格兰的巨石阵。石阵相信是用来预测昼夜平分点（equinoxes）或至点（亦称二至点solstices）等的时间。那些巨石文明（Megalith）没有留下历史纪录，因此，现代对他们的日历或计时方法，所知甚少。

 巨石阵

公元前3500年至公元前500年

日影钟是第一个能够量度小时的装置。已知最古老的日影钟来自埃及，用绿片岩制造。古埃及约在公元前3500年建造的方尖碑，也是最早的日影钟之一。

埃及的日影钟把白天分为十个部分，另外加上4个“微亮小时”── 早上 2个、傍晚 2个。有一种日影钟由一枝长杆和高架横杆组成，长竿上有5个不相等的记号，横杆的阴影会投射到记号之上。横杆在早上指向东方，在正午会指向西方。方尖碑的运作方式差不多：阴影投射到围绕它的记号上，埃及人从而可以计算时间。方尖碑可以指出上午或下午、夏至或冬至。

方尖碑 

现在己知最古老的水钟，在法老阿蒙霍一世（Amenhotep I）（公元前1525年至1504年）的墓中发现，这显示古埃及最先使用水钟。另一方面，相信沙漏也是由古埃及人发明。此外，埃及自公元前600年，开始使用叫作merkhet的铅垂线在晚间量度时间。这种工具的铅垂线跟北极星一致，形成南北子午圈，当特定的星宿横过线时，就能准确报时。

公元前500年至公元前1年     

柏拉图把水钟（漏壶）引进古希腊之后，水钟成为古希腊广泛使用的计时工具。柏拉图也发明了一种以水钟为基础的闹钟。希腊人和新巴比伦王国保存计时记录，作为组成天体观察的重要部分。漏壶也用在希腊法庭，和后来的罗马法庭上。

水钟

虽然水钟比日影钟更好用──水钟在室内、夜间或天空多云的日子都可以使用，不过它们并不准确。因此，希腊人寻求方法改善他们的水钟。到了公元前325年，水钟的准确度大为改善，虽然仍然及不上日影钟。这时的钟有钟面，其上有时针，令人更容易读准时间。水钟较常见的问题是水压：当容器注满水时，增加的水压令水流更迅速。在公元前100年，希腊和罗马的钟表专家，开始解决这个问题，其后的几个世纪，在这一方面得到持续改善。为了抵消高水压增加的水流量做成的影响，装水的容器造成圆锥形状，上阔下窄，于是虽然水平面下降的距离相等，但当容器水满的时候，流出的水要比水半满的时候多。然而，还是有些问题没有得到解决：如温度的影响。天气寒冷的时候，水流比较缓慢，甚至可能冻结。

虽然希腊人和罗马人大大改进水钟的技术，他们仍然继续使用影子钟表。据说数学家和天文学家比提尼亚的狄奥多（Theodosius of Bithynia），发明了全球通用的日晷。这个日晷在地球上任何地方都能准确报时，不过现代对它所知甚少。罗马人在奥古斯都大帝统治期间，建造有史以来最大的日晷──奥古斯都日晷（Solarium Augusti)。其晷针是从赫利奥波利斯（Heliopolis）而来的方尖碑。