两汉时期，我国的天文学有了很大发展，出现三家关于天体理论的学说：盖天说、宣夜说和浑天说。成书于公元前1世纪的《周髀算经》是盖天说的代表作；东汉前期的郄（qiè）萌是宣夜说的代表；落下闳等人则坚持浑天说，东汉杰出科学家张衡是这一学说的集大成者，他的《浑天仪图注》全面总结和论述了浑天说的理论。张衡还制造了水运浑天仪，以漏水为原动力，通过齿轮系的转动，较准确地把天象演示出来。我国古代对天象观测和记录的传统在两汉时期得到发扬，《汉书·天文志》和《后汉书·天文志》中关于各种天象的准确记录，为我国近现代天文气象学的研究提供了重要帮助。
在汉代，不仅天文学家重视天象，民间艺人对它也十分关注，他们在墓室壁画上绘出了星象图，在画像石上也刻画了星象图，还有大量单独刻出的太阳和月亮图，以及和神话相连的阳乌载日、伏羲举日、女娲举月等图像。壁画上的星象图以河南路阳最为集中，其中以烧沟61号壁画墓的日月星云图为早。画像石上的星象图则以河南南阳为最多，山东长清孝堂山石祠和济宁市普育小学东汉石室墓等处也有零星的星象图。
日月同辉
这里的日月同辉不是成语所谓的如日月之长久、光照四方之意，而是指日月同处在一个画面上，日落月出或月落日出，表示“日月同辉”之祥。河南南阳县出土的日月同辉画像石上，其旁所刻星象各有不同。
第一石较为简单，月前是三星相连的心宿，满月中的蟾蜍头向外，以示片落；日轮中的金乌则向中间飞来，以示日升；日月间有云气缭绕相连。
第二石内容稍多，左边阳乌载日下落，右边蟾蜍蹬月上升，月亮前后各有五星相连。
第三石还是日落月出，月旁有两个二星边线、四星连线和三星连线成角的苍龙星座，正好表示月从东方升起。
金乌头左右各有三星相连，一字形者为河鼓二，即牵牛星；三角形者为织女，即女须星。
南阳县王寨画像石墓内的日月同辉图也是日落月出，日月之间有六颗星分两排相连，当为省略的天庙星；月轮右边相连的六星则是东欧星，其上下各有一颗彗星，尾向右，表示和月亮同向运行。彗星在我国古代被称为“妖星”，又名“扫帚星”、“蚩尤旗”。《史记·天官书》中就说：“蚩尤之旗，类彗而后曲，象旗。见则王者征伐四方。”
日月合璧
山东泰安大汶口汉墓画像石上有日月合璧图，一个圆轮内刻着代表太阳的金乌和代表月亮的玉兔，表示日月重叠，不是日食就是月食。
殷墟出土的甲骨文中，已经包含了很多的天象记录，公元前12至14世纪的日月食记事，现在能大体定出时间的有四次日食，五次月食，无疑是世界上最早的记录。
《诗经·小雅·十月之交》中日食和月食的记录，更引起了研究者极大兴趣。春秋时代的编年史中有三十七次日食记录，绝大多数经现代计算的验证是可靠的，并给地球自转研究提供了参考。《汉书》和《后汉书》两书的《天文志》中关于日食的记录则更为可靠。日食这一奇异天象，也引起了石刻艺人的兴趣，把它刻在了石头上，保留至今。
北斗
1978年在湖北随州市出土的战国遗物上发现了完整的二十八宿名称，并和北斗图像相联。河南唐河针织厂画像石墓内的北斗七星刻在月亮的右边，左边是相连星宿。山东嘉祥武氏祠前石室屋顶前坡西段上的北斗七星构成帝车，上坐北斗星君，已有浓厚的神话色彩。
苍龙星座
苍龙乃东方星官，河南南阳蒲山阮堂的一块画像石上有苍龙星座。上刻一满月，内有奔跑的玉兔和舞动的蟾蜍；下刻东宫苍龙星座，用十颗星宿组成龙形，并刻一苍龙图像。
白虎星座
白虎乃西方星官。河南南阳县出土的一块画像石上有白虎星座。图中刻一白虎，昂首翘尾，作奔驰状，其旁刻九星，象征西宫白虎星座，周围有云气缭绕。
牛郎、织女星宿
河南南阳白滩出土的一块画像石上，有牛郎、织女星宿。右上部刻三星相连的河鼓二，即牵牛星，一牛郎一手牵牛，一手举鞭，作向前行走状；与其相对应的左下部刻四星相连的女宿，内跪一女子，即织女；两星之间隔着白虎星座，星座前还有内刻玉兔的毕宿。山东长清孝堂山石祠隔梁底面和河南南阳县出土的画像石上，也有此二星宿。
牛郎、织女鹊桥相会的故事在我国广为流传，也很受人们重视。相传，牛郎织女这对夫妻每年农历七月初七日晚在天河相会，虽然一年才能见到一次，却只能隔河相望，其相思之情感动了鸟鹊，群集为桥，与之相通。谚谣云：“七月七，牛郎织女会一夕。银河纵隔断，自有鹊桥通。”这一天后来逐渐演变为民间的“七夕·乞巧”节。
是夜，妇女多陈瓜果于庭院内敬牛郎织女，并作“乞巧会”，以向织女乞求智巧，故又称“乞巧节”、“女节”。有的地区，女子还借着乞巧去村外瓜棚里会意中人。《荆楚岁时记》、《梦梁录》和《帝景岁时纪胜》等书中都有关于七夕的记载，诗人们也常咏叹之。唐代大诗人杜甫就有《牵牛织女》诗：“牵牛出河西，织女处其东，万古永相望，七夕谁见同？”
钩陈
河南南阳草店出土的一块画像石上有钩陈图。右端刻一月轮，内有蟾蜍头向外，以示月落，月前刻三星；月后为六星组成“T”字形的太微左垣；左边六星连线为斗形、斗口有一星者为钩陈；斗形星的左边，二金乌正向右飞来。
金乌星宿
河南南阳西丁凤店出土的一块画像石上刻有金乌与星宿的图像。左边金乌载日飞行，前有一星为太白；尾后三连星者为河鼓二，四星连线呈菱形者似为女宿，七星连线呈勺形者为北斗；北斗柄下星为相，柄上三星构成三角者为天枪。