我国自古就是一个以农业为主的国家，由于农业发展的需要，就使得人们非常重视时节，这样就促使了天文历法的逐步兴起和发展。目前我国仍现存世界上最古老的观测天象的天文建筑之一——观星台（图1）。观星台位于河南登封市东南15公里告成镇告成村，是我国现存唯一的元代天文台，也是世界上最早的天文建筑之一。它和其旁的周公测景台以及照壁、大门、戟门、周公祠、帝尧殿等明清建筑等组成了一座完整的院落（图2、3）。南北长160米，东西宽37米，占地面积0.59公顷，建筑面积657.41平方米。观星台院内现存碑刻17通，还有复制的天文仪器文物，这里历来都是中国的天文观测中心。这些文物与观星台有着密切的关系，也是天文观测有关的重要历史遗存。
　　观星台创建于元至元十三年至十六年（1276—1279），其形状如覆斗，体型高大，灰砖砌筑，细腻挺拔，是保存完好的元代天文建筑。观星台为砖石结构，由覆斗状台体和台体北侧的石圭两部分组成。台高9.46米，连同台顶上增建的小室，通高12.62米。台体平面近正方形，台基底边长16米余，向上有明显的收分。台顶每边8米余。台体东西两边设有对称踏道，可由此盘旋登至台顶（图4），台上是观星和测景的工作台面。踏道及顶部边沿筑有1.05米高的短栏和短墙，可凭栏遥望长空。台顶北沿处建有两座小室（图5）。台体北壁正中有一凹槽，凹槽南壁上下垂直，东西两壁有明显收分。在台体北壁凹槽下有一条由三十六方青石接连铺设的石圭，石圭长31.196米，宽0.53米，南高0.53米，北高0.62米，圭面水平误差甚微（图6）。上刻两条平行双股流水渠，深2厘米，宽2.5厘米，两槽相距15厘米。这两条水渠为测石圭水平之用。渠南端有方形注水池（图7），北端有长条状泄水池（图8）。石圭在台体以北下部，南端伸入北壁的凹槽内，与直壁相距36厘米，是在台体上架设横梁垂悬球的地方，以校检横梁和石圭间的垂直关系及高差。在凹槽南壁上4尺架设水平横梁，便可以进行正常的日景观测了（图9）。
　　元代为什么要设立观星台呢？这要从当时的历史背景说起。元世祖忽必烈统一中国后，采用的是金代历法《大明历》，但是这个历法在用了几十年后，发现误差积累已经相当严重，发生了好几次预推与实际现象不符的事。因此重新修订历法成为迫切需要的事情。至元十三年（1276），忽必烈采纳了已故大臣刘秉忠的建议重新修订历法，于是布置人员，开始一个规模宏大的重新修订历法的活动。据《元史·郭守敬传 》记载：“遂以守敬与王恂，率南北日官，分掌测验推步于下，而命文谦与枢密张易为之主领，裁奏于上，左丞许衡参与其事。”
　　在这次重新制定历法的工作中，所必须的天文观测主要是两类。一类是测定天体在天球上的位置，这需要重新制定新的天文仪器。另一类是重新测定二十四节气，特别是冬至和夏至的确切时刻，为此需要进行全国范围的天文测量。至元十六年（1279）朝廷选派十四名监候官分几路出发，在全国各地进行测量，其中在全国选择有代表的地方建立了二十七所测验站点，进行实测，由于规模宏大，历史上把这项活动称为“四海测验”。其中最重要的南北一路由郭守敬亲自领导的测验，登封观星台就是在这个背景下修建起来的，并且是这二十七所观测站的中心站。
　　郭守敬选择在登封建立观星台，绝非是偶然，这要从登封特殊的地理位置和古老的历史背景说起。观星台位于河南登封，这里坐北朝南，背倚嵩岳，面对箕山，西倚王岭尖，东傍双庙岭，南临颍水，又有石淙河、五渡河环绕，是一处环境清幽的胜地。登封古为禹都阳城。据《史记·夏本纪》记载：“帝舜薦禹于天下，为嗣。十七年而帝舜崩。三年丧毕，禹辞避舜之子商均于阳城。”史书上有“禹居阳城”或“禹都阳城”的记载。自夏至周，延至到唐，这里都是政治和文化的发达地区，春秋时期称为郑邑，秦置县，武则天封禅嵩山之后改名为告成，一直沿用至今。这里不仅环境适宜，历史悠久，更在古人的心目中是一个非常神圣的地理位置——天下之中，即古人认为这里就是天下的中心。最早对此记载的是《周礼》，据《周礼·司徒》上记载：周公营建东都，定鼎洛阳时，曾在阳城以土圭测日影，考定古阳城为大地中心。并“以土圭之法，测土深，正日景，以求地中。……日至之景，尺有五寸，谓之地中。”东汉郑玄在注释中引用郑众的一段话说：“土圭之长，尺有五寸，以夏至之日，立八尺之表，其景适与土圭等，谓之地中。今颍川阳城地为然。”而至今屹立在观星台旁的周公测景台就是古人这种独特宇宙观的实物见证。
　　周公测景台，因周公营建洛邑选址时，曾在此建台观测日影而得名，即测影台因古代“景”和“影”相通假，所以称为测景台，这是我国古代遗留下来的八尺之表土圭测量日影，验证时令的仪器。周公测景台分为上下两部分，下部是方形石基座，上小下大，成15度方向锥体，被称之为“圭”。上部为长方形石柱，名之曰“表”，高约1.96米，合唐开元尺八尺，因此又称为“八尺之表”。表上端覆以石雕顶脊（图10）。可以说周公测景台是以圭表之法进行天文测量的。石表正面刻有“周公测景台”5字，石座背面有后人题诗“道通天地有形外，石蕴阴阳无影中”。每年的夏至正午之日，影长一尺五寸，正好与石座上沿的长度吻合。石座下部四周看不到影子，好像这一天无影，因此当地民众也称之为“无影台”。唐代时僧一行修订《大衍历》时进行全国范围的测量时，派天文官南宫说将周公土圭木表换成石圭石表。这座石制圭表至今保存完好（图11）。
　　虽然周公测景台以圭表之法进行天文测量实用、简单、方便， 但在数据的精确上却有不足之处。如太阳照射在物体上所造成的阴影，越近边缘越淡，影子的尽头很难划分一道明显的界限，投影的长度难以做到精确。如测量冬至的影长，如果误差几毫米，推算出来的冬至时刻就出入1—2个小时，所以利用圭表测影，有待改进。因此，元代郭守敬在修建观星台的时候，虽参照周公测景台的原理，但在其基础不断改进，也使测量得到的数据更为精确。
　　在修建观星台的过程中，郭守敬等人首先把旧式的“八尺之表”加高5倍，即我们前面所述观星台上北壁凹槽内的上下垂直的南壁，比周公测景台的“八尺之表”加高5倍，称之为“高表”。与此相应，投射在石圭上的表影也就加长了5倍，这样按照比例推算出来的各个节气的时刻误差也就大大缩小了。其次，他把高表的顶端安装一根横梁，日光通过横梁的投影细而实，要比旧圭表的整个表的投影易于测量。再次，他还在石圭面上附加上叫做“景符”的仪器，用铜片制成，中间有一个小孔，斜放在圭面上，可以移动，日光照射横梁的阴影，通过小孔投射到圭面形成一点，阴影的边缘就显得更加清楚，可以精确地测量出影的长度，从而量出太阳光在每一个节气投射到石圭面上的刻度。因梁影投在圭上，圭就像一把长尺，可以量出表影的长度，故石圭又被称成为“量天尺”。郭守敬在观星台上所做的这些改进和新仪器的使用使得测验结果更为精准，也是我国天文史上一个很大的进步。考古工作者按照元代规定的尺度、形制，制造了横梁、影符，在观星台进行了几次测影实验，结果证明这种测影的方法切实可行，而且相当精确。
　　目前我们一般认为登封观星台的主要作用是测量太阳的影长，以掌握与农业有关的四时节气变化。但是陈宣的《周公祠堂记》和孙城基的《重修周公祠记》把这座台叫做“观星台”。《周礼·考工记》上载：“昼参诸日终之景，夜考之极星，以正朝夕。”因此这座台应是兼有“测影”与“观星”的双重作用，可见在古代，观星和测影常常是相互配合的。
　　经郭守敬、王恂、许衡等人的观测与推算，终于在至元十八年（1281）实行了当时世界上最先进的历法《授时历》，此历求得的回归年周期为365.2425日，合365日5时49分12秒，与世界上许多国家使用的阳历（格雷果里历）一秒不差，但是阳历比《授时历》晚了300年，与现代科学推算的回归年周期（365天5时48分46秒）相比，仅差26秒。《授时历》不仅是在我国施行时间最长的历法（长达364年），而且还传播到朝鲜、日本等国，被直接或间接地长期使用。
　　观星台，从建造至今已有700多年，历经沧桑，屡有损坏，又几经修葺，明代初期，在观星台前建立周公祠，嘉靖年间对台体及石圭进行了较大规模的整修，县令厚胎仿照旧制整修了坍塌的台体，同时又在台顶建造了北沿小室。清代又对周公祠等建筑进行了修葺，1944年侵华日军炮击观星台，台上小室倒塌过半，台体多处裂崩，满壁弹洞枪痕。新中国成立后，国家进行了保护和修正。
　　2010年8月1日，登封观星台和周公测景台以及嵩山上的其他建筑群如嵩岳寺塔、太室阙、中岳庙、少室阙、启母阙、嵩阳书院、会善寺、少林寺等8处11项历史建筑，以登封“天地之中”历史建筑群项目已成功列入《世界文化遗产名录》。