把宇宙作为一个整体，探讨我们所居住的大地在其中所处的位置，即天和地的关系，叫宇宙结构理论。在中国古代，天体学说有所谓论天六家：即盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天。其中主要有三家：即盖天、浑天、宣夜。昕天基本上属于盖天体系，穹天是盖天说的翻版，安天则是宣夜的发展。
盖天说出现于殷末周初。主要观点为天在上，地在下，天为一个半球形的大罩子。南北朝时代鲜卑族歌手斛律金《敕勒歌》中天似穹庐，笼盖四野两句诗，是对盖天说的形象化说明。盖天说一共有两种。
第一种盖天说即天圆地方说。《晋书·天文志》中说：周髀家云：'天员（圆）如张盖，地方如棋局。'关于方形的大地，战国时代阴阳家齐人邹衍解释说，上有九个州，中国是其中之一，叫赤县神州，每个州四周环绕着一个稗海。九州之外，还有一个大瀛海包围着，一直与下垂的天的四周相连接。穹庐般的天穹有一个极（这个极实际上是地球自转轴正对这一点），天就象车轱辘一样绕着这个极旋转不息。天圆地方说的最大破绽，就是半球形的天穹和方形大地之间不能吻合。迫使其修改为：天并不与地相接，而是象一把大伞一样，高悬在大地上空，有绳子缚住它的枢钮，周围有八根在柱子支撑着。天空有如一座顶部为圆拱的凉亭。《列子·汤问》篇中所说的共工触倒的那个不周山，就是八根擎天柱之一，所以女娲便出来炼石补天。天圆地方说提出的宇宙模型，只是凭感性的观察，又掺入了许多规定的。但在我国历史上却有广泛影响，符合儒家关于天尊地卑的说教，在封建王朝的天地理论体系中占据正统地位。如北京的天坛，是圆形的；地坛，是方形的。这是天圆地方的象征性模型。
第二种盖天说将方形大地改为拱表大地，即《晋书．天文志》中所说的天象盖笠，地法覆盘。第二种盖天说已经有了拱形大地的设想，为以后球形大地的认识奠定了基础。便它仍然不能解释天体的运行，如太阳的东升西落和月亮的盈亏等问题。
浑天说主张大地是个球形，外裹着一个球形的天穹，地球浮于天表内的水上。汉代天文学家张衡在《浑天仪图注》中说：浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮……天转如车毂之运也，周旋无端。其形浑浑，故曰浑天。浑天说始于战国时期，战国人慎到、惠施都提出过关于球形大地的设想。关于球形大地如何悬在空中，最早的浑天说认为天球里盛满水，地球浮在水面。半边天在地上，半边天在地下。日月星辰附在天壳上，随天周日旋转。后来一些浑天论者纷纷反对地球浮于水面的说法。明代章潢《图书编·天地总论》中说：《隋书》谓日入水中，妄也。水由地中行，不离乎地，地之四表皆天，安得有水？谓水浮天载地，尤妄也。
随着元气体论的发展，浑天说改为地球浮于气中，与气天相似。宋张载《正蒙．参两篇》中说地在气中。浑天说比起盖天说来，无疑要进步得多。浑天说与球面天文学的基本出发点完全一致，对于观测天文学来说，也能充分满足要求。但是，作为宇宙结构理论来说，浑天说则是不符合事实的。天球的概念完全是个臆想的概念。
宣夜说认为天并没有一固定的天穹，而只不过是无边无涯的气体，日月星辰就在气体中飘浮游动。关于宣夜说的命名，清代邹伯奇说：宣劳午夜，斯为谈天家之宣夜乎？宣夜说之得名，是因为观测星星常常闹到夜半不睡觉。宣夜说的历史渊源，可上溯到战国时代的庄子。《庄子·逍遥游》：天之苍苍，其正色邪？其远而无所有至极邪？用提问的方式表达了自己对宇宙无限的猜测。宣夜说自然观的基础是元气学说。战国时代宇宙无限的猜测。宣夜自然观的基础是元气学说。战国时代道有中的宋尹学派，把宇宙万事万物的本源归结为气。这气可以上为日月星辰，下为山川草木。在这方面，宣夜说有重大发展。三国时代的宣夜说学者杨泉在《物理论》中说：夫天，元气也，皓然而已，无他物焉。他还进一步论证说：夫地有形而天无全。譬如灰焉，烟在上，灰在下也。
宣夜说的进一步发展，还牵涉到天体的物理性质问题。据《列子·天瑞》篇记载，有位杞国人听说日月星辰是在天空飘浮的，便忧天地崩坠，身无所寄，废寝食者。这便是成语故事札人忧天的由来。劝札人的人，还提出了不但天空充满气体，连日月星辰也是气体，只不过是发光的气体。后来的宣夜说学者又进而提出地球会坏，天地也会坏，但是用不着担忧。就其宇宙结构理论来说，宣夜说确实达到了较高水平，它提出了一个朴素的无限宇宙观。但是，从观测天文学的角度来看，宣夜说却不如浑天说的价值大。浑天说能够近似地说明太阳和月亮的运行，宣夜说只能指出它们运行的不同，却没有探讨其运行的规律性。修订历法时，浑天说有很重要的实用意义，宣夜说却仅仅具有理论意义。但在人类认识宇宙的历史上，宣夜说无疑应有重要意义。
天坛始建于明永乐十八年（1420年），清乾隆、光绪时曾重修改建。为明、清两代帝王祭祀皇天、祈五谷丰登之场所。? 天坛是圜丘、祈谷两坛的总称，有坛墙两重，形成内外坛，坛墙南方北圆，象征天圆地方。主要建筑在内坛，圜丘坛在南、祈谷坛在北，二坛同在一条南北轴线上，中间有墙相隔。圜丘坛内主要建筑有圜丘坛、皇穹宇等，祈谷坛内主要建筑有祈年殿、皇乾殿、祈年门等。
浑仪是我国古代测量天体位置的一种仪器，随着天文学的发展，观测项目越来越多，浑仪的结构也就越来越复杂。从北宋开始，就有人对浑仪进行改革；到了元代，又经过郭守敬（1231—1316 年）的大胆革新和发展，终于于至元十三年（1276 年）富有创造性地制造了简仪，即现存简仪的仿制蓝本。简仪从复杂的环圈交错中解放了出来，而且分解为彼此独立的赤道装置
和地平装置两部分，既简化了仪器的结构，又使得观测的时候各环圈之间不再互相遮挡视线。特别值得一提的是，简仪的窥衡两端各有一条细丝，用来更精确地确定视线方向和瞄准所要观测的天体，这样的巧妙构思已被现代望远镜普遍仿照使用；简仪的赤道装置是后来望远镜赤道装置的鼻祖