歷史上把亞歷山大帝國建立(公元前330年)至羅馬徵服希臘為止的一段時間稱作希臘化時期。這一時期誕生了天文學之父——希帕克斯。希帕克斯在公元前160年至前127年間先後在羅德斯和亞歷山大裡亞工作。他的著作和生平事跡都不完整，在託勒密的著作裡，人們可以窺見希帕克斯的早期開創性工作。
他利用早期希臘和巴比倫的記錄進行了天文研究，準確性很高。他還發明了許多儀器，進行科學的觀測。這一時期的天文學已經進入「觀測天文學」階段，天文學進入科學意義上的研究，而希帕克斯正是這種意義上的天文之父。
在此之後，很多科學家都對天文進行大量精密的研究。阿基米德發展了天文學測量用的十字測角器，並製成了一架測算太陽對向地球角度的儀器。阿基米德還曾經運用水力製作一座天象儀，球面上有日、月、星辰、五大行星。根據記載，這個天象儀不但運行精確，連何時會發生月蝕、日蝕都能加以預測。
從克羅狄斯·託勒密的地心說到哥白尼的日心說，到第古·布拉赫作的天文觀測數據可能是望遠鏡發明之前最精確，再到伽利略發明出天文望遠鏡觀察到許多前所未知的天文現象，當然其中也不僅僅是這幾位科學家在研究觀察，但是都沒有用歸結出確切的星體運行的規律。
直到第古·布拉赫逝世前將他的所畢生研究數據出給了他的一位天才學生——約翰尼斯·克卜勒。這位人物相信大家都知道，高中物理必修二重點人物，他研究的內容也是高考的重點。作為第古·布拉赫的接班人，克卜勒認真地研究了第谷多年對行星進行仔細觀察所做的大量記錄。
克卜勒認為通過對第谷的記錄做仔細的數學分析可以確定哪個行星運動學說正確的：哥白尼日心說，古老的託勒密地心說，或許是第谷本人提出的第三種學說。但是經過多年煞費苦心的數學計算，克卜勒發現第谷的觀察與這三種學說都不符合。
直到克卜勒在巨蛇星座附近發現了一顆新星。他雖視力不佳，仍持續觀測了十幾個月。他把觀測結果發表在《巨蛇座底部的新星》一書中，打破了星座無變化的傳統說法。這一年他看到了一顆大彗星與地球擦肩而過，即後來定名的哈雷彗星。
他放棄了火星作勻速圓周運動的觀念，並試圖用別的幾何圖形來解釋。經過四年的苦思冥想和研究，他得出了「克卜勒第一定律」：火星沿橢圓軌道繞太陽運行，太陽處於兩焦點之一的位置。在此之前所有天文學家，包括哥白尼和伽利略在內都堅持古希臘亞里斯多德和畢達哥拉斯的天體是完美的物體，圓是完美的形狀，一切天體運動都是圓周運動的成見。
接著克卜勒又發現火星運行速度是不勻的，當它離太陽較近時運動得較快（近日點），離太陽遠時運動得較慢（遠日點），但從任何一點開始，向徑（太陽中心到行星中心的連線）在相等的時間所掃過的面積相等。這就是克卜勒第二定律（面積定律）。
他繼續探索各行星軌道之間的幾何關係，經過長期繁雜的計算和無數次失敗，最後創立了行星運動的第三定律（諧和定律）：行星繞太陽公轉運動的周期的平方與它們橢圓軌道的半長軸的立方成正比。
克卜勒對此運動性質的研究，我們可以看到已見萬有引力定律雛形。克卜勒在萬有引力的證明中已經證到：如果行星的軌跡是圓形，則符合萬有引力定律。而如果軌道是橢圓形，克卜勒並未證明出來。牛頓後來用很複雜的微積分和幾何方法證出。記得高中時老師用給定方程給我們推理證明三節課，滿滿密密麻麻幾黑版的過程，想想也挺懷念。
這三大定律最終使他贏得了「天空立法者」的美名。同時他對光學、數學也做出了重要的貢獻，他是現代實驗光學的奠基人，使科學與人類歷史前進了一大步。為紀念他對科學的貢獻現在很多行星、衛星都會以克卜勒命名。
如美航天局發射「克卜勒」太空望遠鏡，2015年發現的近似地球的系外行星——Kepler-452b，比地球大概大60%，距離地球1400光年，位於天鵝座。
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