Начиная с 4 тыс. до н. э. на землях, расположенных между двумя крупными реками — Тигром и Евфратом, достигла высокого развития цивилизация Междуречья, или Месопотамии. Среди ее многочисленных достижений особое место занимают астрономические знания. Как и все науки далекого прошлого, астрономия Шумера, Аккада и Вавилонии изучала движение светил, а накопленные знания использовались для нужд сельского хозяйства, для своевременного проведения религиозных обрядов и (пожалуй, впервые в истории) для предсказания судеб отдельных людей, целых городов и даже государств.
В 3 тыс. до н. э. духовными центрами шумерских городов-государств стали зиккураты — громадные ступенчатые пирамиды, на вершинах которых возводились храмы. Зиккураты во много раз превосходили размерами все остальные городские постройки, выражая идею связи Неба и Земли. Они как бы приближали храмы «к уху богов», а заодно напоминали шумерам, что их предки родом с гор, лежащих далеко на севере. Кроме того, площадки на вершинах зиккуратов использовались в качестве астрономических обсерваторий.
У шумеров рано появилась письменность, и число людей, умевших читать и писать было довольно велико. Клинообразные знаки шумерской письменности наносились на особые таблички из сырой глины с помощью особого инструмента. Если написанное требовалось сохранить на века, табличку обжигали в печи. «Черновики» же просто выбрасывали. Множество обожженных и необожженных клинописных табличек дошли до наших дней, часть из них удалось расшифровать. И оказалось, что среди них удивительно много астрономических текстов, таблиц и вычислений.
Шумеры обожествляли небесные светила. Главными богами их пантеона были Ан (Небо), У ту (Солнце), Нанна (Луна) и Инанна (планета Венера). Шумерские астрономы прозвали планеты «дикими овцами», чтобы отличить их от неподвижных звезд.
В начале 3 тыс. до н. э. шумеры знали, что Утренняя и Вечерняя звезда — это одна и та же планета Венера.
Главным новшеством, которое ввели месопотамские астрономы, стал зодиак: воображаемая окружность, проведенная по небесной сфере в поясе зодиакальных созвездий. В этом поясе проходят видимые небесные пути Солнца, Луны и планет. Зодиак был разделен на 12 равных частей — по 30° каждый. Зодиакальный круг служил своего рода опорной шкалой для определения положений светил на небе. Каждая из частей зодиака получила имя созвездия, которое в ней расположено.
В начале 2 тыс. до н. э. в среднем течении Евфрата достиг могущества город Вавилон. В те времена он был крупнейшим человеческим поселением на Земле.
В Вавилонии также почитались боги, связанные с небесными светилами. Важную роль играли божества Солнца и Луны — Шамаш и Син. Богиню плодородия Иштар олицетворяла планета Венера, в планете Марсе вавилоняне видели жестокого Нергала — божество войн, болезней и смерти. Бога мудрости, письма и счета Набу соотносили с Меркурием, а бога воинской удачи Нинурту — с Сатурном. Верховного бога вавилонского пантеона Мардука символизировала планета Юпитер.
Семь самых влиятельных астральных (звездных) богов играли важнейшую роль в жизни Вавилона — ни один правитель не решался ничего предпринимать без совета с их жрецами, звездочетами и астрологами. В их честь была введена новая мера времени — семидневная неделя, а в некоторых европейских языках и сегодня в названиях дней недели звучат имена вавилонских богов.
К 8 в. до н. э. Вавилон оказался под властью Ассирийской державы. Но и ассирийские правители считали астрономию и астрологию важным государственным делом. При царе Ашшурбанипале вся Месопотамия была покрыта сетью храмов, где постоянно велись астрономические наблюдения, о результатах которых докладывали царю. До наших дней дошло более 600 клинописных «астрономических докладов», в которых особое внимание уделялось наблюдениям и предсказаниям затмений Солнца и Луны. Затмения в те времена считались очень плохими предзнаменованиями.
В Месопотамии на протяжении трех тысячелетий пользовались солнечно-лунным календарем. Месяц состоял из 29 или 30 дней, а в году насчитывалось 12 или 13 лунных месяцев. Сутки делились на 12 часов, а каждый час — на 30 «градусов времени». То есть, один «градус времени» содержал ровно четыре наших минуты. Единиц меньше «градуса времени» не существовало, поэтому все астрономические вычисления имели невысокую точность.