Η συμβολή των αρχαίων Ελλήνων στην αστρονομία ήταν τόσο επαναστατική που πολλές από τις θεωρίες και τις μεθόδους τους εξακολουθούν να επηρεάζουν τη σύγχρονη αστρονομική επιστήμη. Από τον 6ο αιώνα π.Χ. έως την ελληνιστική περίοδο, Έλληνες φιλόσοφοι και μαθηματικοί ανέπτυξαν σύνθετες θεωρίες για τη δομή του σύμπαντος που προκάλεσαν τα θεμέλια της μελλοντικής επιστημονικής επανάστασης.
Ο Θαλής ο Μιλήσιος, θεωρούμενος ως ο πρώτος επιστήμονας στην ιστορία, προέβλεψε με εκπληκτική ακρίβεια την ηλιακή έκλειψη του 585 π.Χ. Αυτή η πρόβλεψη όχι μόνο απέδειξε την ικανότητα των Ελλήνων να κατανοήσουν τις ουράνιες κινήσεις αλλά έδειξε και τη μετάβαση από τη μυθολογική στην επιστημονική εξήγηση των φυσικών φαινομένων.
Ο Πυθαγόρας και οι μαθητές του ανέπτυξαν την ιδέα ότι η Γη είναι σφαιρική, επαναστατώντας έτσι τις προηγούμενες αντιλήψεις περί επίπεδης γης. Αυτή η θεωρία βασιζόταν σε παρατηρήσεις όπως η κυκλική σκιά της Γης κατά τις σεληνιακές εκλείψεις και η αλλαγή του ουρανού καθώς κάποιος ταξιδεύει προς βορρά ή νότο.
Ο Αναξίμανδρος δημιούργησε τον πρώτο αστρονομικό χάρτη και εισήγαγε την έννοια ότι η Γη αιωρείται ελεύθερα στο διάστημα, μια ιδέα που ήταν τόσο προηγμένη που χρειάστηκαν αιώνες για να γίνει ευρέως αποδεκτή. Επίσης, ανέπτυξε το πρώτο ηλιακό ρολόι και υπολόγισε τη γωνιακή διάμετρο του ήλιου και της σελήνης.
Ο Ερατοσθένης πέτυχε ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της αρχαίας επιστήμης υπολογίζοντας την περίμετρο της Γης με εκπληκτική ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις των σκιών σε δύο διαφορετικές πόλεις κατά την ημέρα του θερινού ηλιοστασίου, κατάφερε να υπολογίσει την περίμετρο της Γης με σφάλμα μόλις 2%.
Ο Αρίσταρχος ο Σάμιος πρότεινε το πρώτο ηλιοκεντρικό μοντέλο του σύμπαντος, σχεδόν 1800 χρόνια πριν από τον Κοπέρνικο. Υπολόγισε επίσης τις σχετικές αποστάσεις και μεγέθη του ήλιου και της σελήνης, αν και τα αποτελέσματά του είχαν κάποια ανακρίβεια λόγω των περιορισμένων παρατηρητικών εργαλείων της εποχής.
Ο Ίππαρχος ανακάλυψε την ισημερία των ισημεριών (precession), ένα φαινόμενο που προκαλείται από την αργή περιστροφή του άξονα της Γης. Επίσης, δημιούργησε τον πρώτο αστρικό κατάλογο, καταγράφοντας τη θέση και τη φωτεινότητα περισσότερων από 850 αστέρων, και ανέπτυξε το σύστημα μεγεθών που εξακολουθούμε να χρησιμοποιούμε σήμερα.
Ο Κλαύδιος Πτολεμαίος, αν και έζησε στην ελληνιστική Αίγυπτο, συνεχίζει την ελληνική αστρονομική παράδοση. Το γεωκεντρικό του μοντέλο, παρόλο που αργότερα αποδείχθηκε λανθασμένο, ήταν τόσο εξελιγμένο μαθηματικά που κυριάρχησε στην αστρονομία για περισσότερα από 1000 χρόνια.
Σήμερα, η NASA και άλλοι διαστημικοί οργανισμοί συνεχίζουν να τιμούν την ελληνική αστρονομική κληρονομιά ονομάζοντας αποστολές και δορυφόρους με ελληνικά ονόματα. Οι αρχαίες ελληνικές μέθοδοι παρατήρησης και μαθηματικής ανάλυσης αποτελούν τη βάση της σύγχρονης αστρονομίας, αποδεικνύοντας τη διαχρονική αξία της ελληνικής επιστημονικής σκέψης.