历法
1364年朱元璋称吴王，吴元年（1367）十一月冬至，太史院使刘基等向吴王进献《大统历》。洪武元年（1368），改太史院为司天监，洪武三年又改司天监为钦天监，由钦天监编算每年使用的《大统历》。洪武十七年（1384），漏刻博士元统上书，说明《大统历》其实就是元代《授时历》，且“年远数盈，渐差天度，合修改”，“以成一代之制”。但明太祖无意编制新历，只是擢元统为钦天监监令。元统仍以《授时历》为基础，略加修订，整理成《大统历法通轨》四卷，并将历元由元至元十八年（1281）改到洪武十七年。
此后，尽管多人多次上书请求改历都未获准，终明一代使用的都是《大统历》。
天文台
明初未建天文台，直到洪武十八年（1385），考虑到历代都有建天文台的传统，才在南京鸡鸣山上建造了观星台，并将前一年由元大都运抵南京的郭守敬制造的天文仪器放置在天文台上。
由于南京与北京的地理纬度不同，所以元大都的仪器不适合在南京使用，于是又对其中一些仪器做了调整，并新制了一台浑仪，以便进行观测。关于南京天文台，利玛窦曾有一段较为翔实的记述：“南京也设有钦天监观星台，此台以建筑宏伟著称。……
城之一隅有小山岗，然仍处于城墙之内。上有平台，宽阔宏敞，颇适于观测之用。四周屋宇壮丽，乃昔年所建。司天者夜夜鹄立于此，以察天象，无论星陨、彗孛，皆详记奏闻。所陈仪器皆铸以青铜，制作精美，装饰华丽，其宏伟雅致非欧洲所能匹敌。且诸器屹立于此垂二百五十年，几经风霜雨雪，迄无所损。”在二百五十年以后尚如此宏伟，可见该天文台之规模。据利玛窦记载，该台最大的天文仪器有四件，即浑象，浑仪，高表和简仪。
永乐十九年（1421），明成祖迁都北京，二十二年，曾在宫城内建一小型的内观象台。但当时随行的钦天监人员却只能在齐化门（朝阳门）迤南的城墙上进行观测，且无大型天文仪器。正统二年（1437），明英宗决定修建北京观象台，并派人按照南京观象台上的仪器制成木样，然后运回北京铸制铜仪。正统七年（1442），北京观象台建成。从正统四年到正统七年间又先后制成简仪、浑仪、浑象、八尺圭表等大型天文仪器，安装在观象台上。正统十一年，又修造晷影堂。至此，北京观象台已粗具规模。其遗址就是今北京建国门附近的古观象台。此外，景泰六年（1455），明代宗还曾在内观象台造简仪和漏壶。但关于内观象台的具体情况和观测记录，则缺乏更多的史料记载。
正统年间铸造的天文仪器十分精美，现在部分陈列在南京紫金山天文台上。但这些精美的仪器，在当时却安装得相当粗糙，如简仪极轴倾角与极高不合，浑仪二分二至与黄道实际位置不合，高表的尺寸不一等等，直到嘉靖七年（1528）才调整合适。明代的一些大型天文仪器，从制成到能正常使用，竟花费了近九十年的时间，可见当时钦天监工作的混乱和落后。