巴比伦人的天文学知识比古埃及人更为先进和精确。早在4000年前,古代两河流域的居民已能区分恒星和行星,并留下了对金星、火星、木星运动的观察记录。巴比伦人把他们丰富的数学知识广泛地应用到天文学中,巴比伦天文学的精确性在古代达到无与伦比的程度,被冠以“数学天文学”的美称。
随着农业的发展,季节的划分显得越来越重要了,所以通过系统的天文观测来建立一套精确的计时系统是十分必要的。这样天文观测就有了两个目的:计时和预知未来的世界。苏美尔人把太阳在天空的历程分为12宫,每一宫的星座都以神话中的神或动物命名。他们的天文学为今天通用的计时系统奠定了基础,星空划分和命名则一直相沿至今。公元前4700年左右他们制定的阴历比埃及最早的历法还早500年左右。该阴历分1年为12个月,每月30天,时差加闰。苏美尔人在天文观测时还发明了日晷,计时则使用水钟。