Вавилонську астрономію ділять на два періоди — давньовавилонський та асирійський (2000-630 роки до н. е.) і нововавилонський та персидський (630-330 роки до н. е.), — що корелюються з державами які існували на його території в різні проміжки часу. Перші свідчення про астрономію у Вавилоні почали знаходити у XIX столітті разом із іншими пам'ятками писемності, аналіз яких досі триває. Перші дослідники прийшли до висновку, що астрономія Месопотамії у III-II тисячолітті до н. е. була дуже розвиненою і зі значними здобутками. Однак подальше знайомство зі стародавніми текстами поставило такі думки під сумнів, хоча факт існування астрономії в ті часи визнається безперечним.

На 1990 рік було знайдено 3 тексти цілковито присвячених астрономії, які відносять до другої половини II тисячолітті до н. е.: «Астролябії» (точна назва «Три зорі в кожному»), «Списки зір Елама, Аккада та Амуру» та енциклопедія астрономії «Мул Апін», оригінал якої датують 690 роком до н. е., однак певна частина матеріалів якої стосується спостережень зроблених принаймні в період XIII-XI століття до н. е.. На думку Бартеля ван дер Вардена: «Астролябії» відмічають початок наукової астрономії і це — перша спроба систематизації донаукових знань про зорі, які видно в різні сезони року.[6] Аналіз «Списків зір Елама, Аккада та Амуру» засвідчив, що в ньому мова йде про дати геліактичного сходу тих же зір, що й у «Астролябіях», але все вказувало на те, що їх складено раніше, і «Астролябії», напевно, були вдосконаленням цих попередніх таблиць. Серія «Мул Апін» складалася з трьох табличок, які в свою чергу поділялися на 18 розділів.

Уніфікований Вавилонський календар був введений за правління Хаммурапі і складався з 12 місяців по 29 і 30 днів почергово. Місяць починався ввечері з першою появою серпа нового Місяця. Щоб утримувати початок року у потрібному сезоні, яким була весна, в календар інколи вводили 13-й місяць. Також астрономам Вавилону було відомо, що положення Місяця на небі може відрізнятися від його середнього, обчисленного значення на 6°. Завдяки чому їм вдавалося встановлювати момент повного Місяця з похибкою меншою, ніж одна година.

Достовірно відомо, що вже з середини I тисячоліття до н. е. вавилонські астрономи для опису руху Сонця, Місяця і планет використовували арифметичну прогресію. Результати обчислень місячних і планетарних явищ математичними методами виявлено в понад 300 текстах, більшість я яких зберігається у Британському музеї та Луврі. Серед текстів зустрічаються тривалі спостереження за планетами з фіксуванням їх положення. Серед них два тексти за період з 537 до 490 року до н. е. і три тексти з 469 до 400 року до н. е.. Довгі ряди таких спостережень і ставали основою для обчислення точних періодів і для побудови теорії руху планет.