与数学相比较而言，古代美索不达米亚的天文学发展较晚。后来在公元前第一千纪后半期被苏美尔人的继承者巴比伦人发展成为最高科学成就之一的天文学，在苏美尔时代几乎没有任何痕迹。[13]苏美尔人把一年分为两个季节，即夏季（Emesh）和冬季（Enten）。夏季始于2—3月，而冬季则始于9—10月。新年则可能在4—5月。月份是严格的太阴月，始于新月初现的那个晚上，每月29天或30天。每月的名称通常源于农事活动或祭神的节日，各城市之间并不统一。考虑到太阴年与太阳年长短不一，苏美尔人已懂得有规律地设置闰月。每天从日落开始，包括两个时辰（Bêru）；夜晚被分成三更，每更四个小时。苏美尔人采用漏壶（一种用水滴计时的钟）计时，其形状有点像圆筒或棱柱，他们可能还知道日晷指时针。
一、巴比伦天文学的起源
一般认为，占星术是天文学的基础，天文学起源于占星术，美索不达米亚的天文学似乎也不例外。但美索不达米亚人的占星术与现代意义上的占星学（Horoscopic Astrology）不同，现代意义上的占星学认为，人从降生那一刻起，其命运就与天体的位置有关，因此它主要预测个人的命运。这种占星学在美索不达米亚出现较晚，大约在公元前第一千纪的下半叶。在此之前美索不达米亚流行的是“‘天罚’占星术”（Judicial Astrology），其目的是根据天体运行或自然现象来预告国家的前途、命运，诸如丰收、灾害及战争与和平等。有一批水平较高的专家定期向国王报告，陈述他们所观察到的天文现象，并把它们与国家大事联系起来进行解释。例如，亚述帝国时期占星术士致国王的报告中，有以下几例：
当在阿亚尔月（约当五月）打雷时，谷物和蔬菜将歉收；当在沙巴特月（约当二月）打雷时，将发生蝗患；当在沙巴特月打雷时，将有冰雹。