自漢代開始，渾天說的「天體概念」是最為史官所用的，這裡離不開學說理論的支撐，更有賴於以此學說製作的天文儀器「渾天儀」（渾儀和渾象的總稱。渾儀是測量天體球面坐標的一種儀器，而渾象是古代用來演示天象的儀表）的使用。普遍認為「渾天儀」是東漢時期張衡製作的，但其只是在西漢時期天文學家落下閎的天文儀器上進行了改造。落下閎發明的儀器就是「天地徹」，取其「通天徹地」之意。其也是渾天說較早的提出者之一，這個儀器後世也以「渾天」得名，正來自於此。
渾天儀·網絡供圖我們要講古代天文儀器，暫時先把落下閎的「天地徹」和張衡的「渾天儀」擱置一下，看先古時期是否有天文儀器呢。《尚書·舜典》中有這樣一句話「正月上日，受終於文祖。在璇璣玉衡，以齊七政」。這裡的璇璣和玉衡，據說就是當時的天文儀器。璇璣者，璇是橫著的玉杆，璣是轉的意思，相當於後世的渾儀，也稱銅渾。玉衡者，衡是平，相當於儀表，也稱為玉儀。目前關於這一類的記載很少，只能以此來梳理一下。
這裡我們可以發現，古代天文儀器製作的原理就是「設位（璇璣，渾儀）」和「垂象（玉衡，渾象）」。以此原理再往上古梳理，雖然上古時期人們認識宇宙的學說是「蓋天說」，但我們結合「設位和垂象」所遵循的原理，伏羲畫八卦以應天象，乾坤定南北，坎離定東西，天南地北為序，也已經具備了天文儀器的功用。因此可以說伏羲先天八卦就是上古的天文儀器（平面「儀器」）。
天體圖片·網絡供圖在漢代著作《春秋文耀鉤》裡說「高辛受命，重黎說天文，唐堯即位，羲和立渾儀」。這算是對三皇五帝時期關於天文的記載，意思在帝嚳（高辛氏）時期，命火正重黎為掌管天地四時之官；重黎作為羲、和二氏的祖先，到了堯帝時，命羲和二氏為世代掌管天地四時的氏族，並製作了天文儀器（這裡的「渾儀」，肯定不是漢代時的那種）。先秦時期的天文儀器，見記載的大抵就這些。
渾天說與渾天儀對比再回到「天地徹」和「渾儀」，結合渾天說——宇宙像雞蛋，天地各乘氣而立，載水而浮，天之包地，猶殼之裹黃。落下閎製作的這一儀器，以及張衡改進的形制，皆是由一重重的同心圓環構成，最基本構件是四遊儀和赤道環。同時作為設位儀器，內有窺管，用來測定固定時刻天體坐標和地平坐標。具體使用和測定的方法，不在這裡介紹了（小編也不懂，沒見過實物）。
張衡像·網絡供圖到了唐朝，由李淳風在渾儀基礎上又完善了，稱為「渾天黃道儀」。從漢代到元代，渾儀都在不斷精確改進。至元代郭守敬，把渾儀拆分，簡化創製成兩個儀器，即簡儀和立運儀。現存最早的渾天儀製造於明朝，陳列在南京紫金山天文臺。古代天文儀器的變革，結合天象地輿與讖機之術，成為朝廷「觀象應昭」的指導參考。這裡要強調的是「司天監」這一古代官署，到元代才正式有其名——金代設司天台，元初因金制，立司天台，隸秘書監。當然在之前朝代，掌天地四時的職位都有，但並未以「司天監」為名。