元朝的《授时历》是中国古代最优秀的历法，也是行用时间最长的历法。过去，蒙古一直使用的历法误差很大，连农业上常常使用的节气也算不准。元朝征服江南以后，南北历法不一样，更容易造成紊乱。于是，元世祖决定统一制订一个新历法。他下令成立了一个编订历法的机构，任命郭守敬主管编订历法的工作。
编订历法工作一开始，郭守敬就提出：研究历法先要重视观测，而观测必须依靠仪表。可是已有的一架观察天象的大型浑天仪，已经陈旧不堪，得不到可靠的数据，于是郭守敬重新设计了一套新的仪器。他觉得原来的浑天仪结构复杂，使用不方便，就创制了一种结构比较简单、刻度精密的简仪。他制作的仪器，精巧和准确程度都比旧的仪器高出很多。有了好的仪器，还要进行精确的实地观测。公元1279年，郭守敬在向元世祖报告的时候，提出建造一座新的司天台，同时在全国范围进行大规模的天文测量的建议。这个大胆的计划马上得到了元世祖的批准。
根据郭守敬的研究，朝廷在全国各地设立了27个观测点，选派了14个监候官员分别到各地进行观测。郭守敬也亲自带人到几个重要的观测点去观测。各地的观测点把得到的数据全部汇总到朝廷。郭守敬根据大量数据，花了两年的时间，编出了一部新的历法，叫《授时历》。这种新历法，比旧历法精确得多。它算出一年有365.2425天，同地球绕太阳一周的真实时间只相差26秒。这部历法同现在通行的公历一年的周期相同。而且郭守敬的《授时历》，比欧洲人确立公历的时间要早302年。
另外，《授时历》中为了对太阳、月亮的不均匀运动进行改正，还创造了新的计算方法。
