Bildiğimiz anlamda saat olarak tanımlanamayacak da olsa, Antik Yunan’ın, 2. yüzyılda oluşturulan Antikitera mekanizması, karmaşık bir mekanik tertibat ile Ay, Güneş ve istenen herhangi bir yıldızın konumlarını ölçebiliyordu. Cicero’nun 1. yüzyılda yazdığına göre, Arşimet’in “oreri”si de (Güneş sistemini gösteren mekanik düzenek) de aynı görevi görüyordu.

11. yüzyılda Song Hanedanı’nın horoloğu olan mekanik mühendisi ve astronom Su Song, Kaifeng şehrindeki saat kulesi için su ile çalışan bir astronomik saat yaptı. Su Song, bu saatin çalışması için, mekanizması içerisinde su ile çalışan bir maşa tertibatı, sürekli olarak güç ileten zincirli taşıma sistemi ve halka küre kullanmasıyla bilinir. Onun çağdaşları olan Müslüman astronom ve mühendisler de kendi gözlemevlerinde kullanmak için oldukça isabetli ölçümlere olanak veren birçok saat yaptılar.

Astronomik saatlerin Avrupa’daki gelişiminin ilk zamanları tam olarak bilinmese de, 1300 – 1330 arasında Astronomik saatler kullanıldığı konusunda fikir birliği vardır (bu saatlerde su yerine ağırlıklar kullanılıyor ve maşa tertibatına yer veriliyordu). Avrupa’daki Astronomik saatler sinyal verme, (belirli olayları) bildirme ve Güneş sistemine model teşkil etme fonksiyonlarını yerine getiriyordu. Bunların sonuncusu kaçınılmaz bir gelişmeydi çünkü usturlap hem astronomlar, hem de astrologlar tarafından kullanılıyordu ve Güneş sisteminin çalışan bir modelini oluşturmak için saat mekanizmasından faydalanılması doğaldı.

1330’larda Wallingford’lu Richard tarafından St. Alban’da ve 1350’lerde Giovanni De Dondi tarafından Padua’da yapılan astronomik saatler bugüne ulaşamamışlardır ama tasarım ve inşalarına dair detaylı tanımlar hala mevcuttur. Bu saatlerin modern röprodüksiyonları yapılmıştır. Wallingford'lu Richard’ın saati Güneş, Ay (faz, düğüm), yıldızlar ve gezegenleri gösteriyordu. Bunlara ek olarak bir çark ile Londra Köprüsü’nde su yüksekliğini gösteren bir göstergeye sahipti. De Dondi'nin saati yedi taraflı bir yapıydı ve bilinen gezegenlerin konumlarını da gösteriyordu. Ancak bu saatler ve onlara benzeyen birçoğu, tasarımcılarının düşündüklerinden daha az isabetliydiler: Dişli ve çark oranları mükemmel hesaplanmış olsa da sürtünme ve imalat kısıtlamaları bu saatleri isabetli ve güvenilir kılmaktan uzaklaştırmıştı.

Astronomik saat yapmanın büyük zorluğu, saat yapımcılarını bu saatleri yapmaya daha çok itiyordu. Bu şekilde teknik becerilerini ve kendileri için çalıştıkları kişilerin zenginliklerini sergiliyorlardı. Astronomik saatler, gösteri veya sergi parçaları olarak imal ediliyor, eğitmek ve bilgilendirmek kadar müşterileri etkilemek için de kullanılıyordu. Göklerin yönettiği düzenli bir evrenin felsefi mesajı da işin çekiciliğini artırıyordu.

18. yüzyılda astronomiye duyulan ilginin artması ile astronomik saatlere duyulan ilgi de arttı. Yine de bu astronomik saatler artık felsefi mesaj vermek yerine isabetli astronomik veri sağlayan, sarkaç mekanizmalı saatler haline gelmişti.