在元代，朝廷在天文历法方面的工作主要由建天文台、组织天文观测和颁布实施《授时历》等三个内容。
       元代天文台，最著名的有上都回回天文台和大都的天文台。

      上都天文台，修建于至元八年（1271年），它是元朝设置的最早一座回回天文台。该天文台对阿拉伯天文学在我国的传播起了一定作用，当然该天文台的设置同阿拉伯天文学家札马鲁丁是很有关系的。他曾在至元四年（1267年）被忽必烈召见过。由于他具有渊博的天文学知识而得到忽必烈的赏识，朝廷将他编的《万年历》颁行北方。

      大都的天文台是在至元十六年（1279年）兴建而成。当时称为“司天台”，也叫“灵台”，用于观测天象。灵台高7丈，共3层，上为平台，中、下两层各有回廊。下层有一中室，名“官府”，即太史院长官办公的地方；中层有八室，分藏多种天文仪器及历代天文图集；顶层的平台上，陈放着郭守敬设计的简仪、正方案和仰仪等仪器，用于实际观测。该天文台在当时不论从规模、人员、设备等都是世界上最大、最多、最完善的天文台之一。

      就在同一年，元政府还组织有关人员进行了一次规模空前的天文观测活动。这次观测共设南海、大都、阳城、上都、和林等27个观测点，这27个观测点中只有河南登封县境内的测景所仍保存至今。

      元朝组织这样大规模的观测活动，其主要原因是为编制新历法而通过实际观测掌握第一手材料。在此基础上，王恂、郭守敬等人于至元十七年（1280年）编写了一部新的历法—《授时历》。郭守敬曾指出：该历就是“考正者七事”，“创法者五事”，成为我国古代最好的历法之一。《授时历》所采用的天文常数都是比较准确的。如定回归年长度为365.2425日，这与现今世界通用的格里历所用值是一样的。另外，《授时历》还废除了以往历法中所采用的“上元积年”，而以至元十七年作为历元，这是中国历法史上的一大改革。

       《授时历》于至元十八年（1281）开始实行，其影响是比较大的。