Dzieje pomiaru czasu są ściśle związane z rozwojem astronomii i kartografii oraz odgrywa duże znaczenie w życiu codziennym. Związek z astronomią wynika stąd, że opiera się on jest ona na pozornym ruchu Słońca po sklepieniu niebieskim. Pierwszym przyrządem za pomocą, którego wyznaczano czas był gnomon. Został on wynaleziony przez Chińczyków około 2500 r. p.n.e. (według innych źródeł 3000 r. p.n.e. lub 4000 p.n.e.) . Gnomon był pionowo ustawionym prętem lub słupem, u którego podstawy oznaczano godziny. Rolę wskazówki pełnił przesuwający się cień. Był to więc rodzaj pewnego zegara słonecznego, który ustawiony był na placach publicznych w Chinach, Egipcie oraz Babilonie. Nie zdawano sobie jednak sprawy z tego, że zależnie od pory roku temu samemu kierunkowi i tej samej długości cienia odpowiadają różne godziny. Przenośne zegary słoneczne oraz podobne urządzenia, ale nie oparte na kierunku padającego cienia, lecz na długości, wprowadzili Egipcjanie około 2000 r. p.n.e. . Natomiast zegar gwiazdowy ustalał czas w porze nocnej. Do dzisiejszych czasów zegary słoneczne uległy znacznej ewolucji.

Różnica jest bardzo istotna, gdyż pręt obecnie nie ustawia się pionowo w stosunku do tarczy, ale jest on nachylony pod kątem odpowiednim do szerokości geograficznej w miejscu lokalizacji urządzenia. Taka modyfikacja zapewniła dużo dokładniejszy pomiar czasu. Gnomon jest więc jednym z najstarszych przyrządów astronomicznych, ponieważ według kierunku i długości rzucanego cienia wyznaczamy deklinację oraz azymut Słońca.

Prawdopodobnie zegar wodny był pierwszym urządzeniem umożliwiającym określenie czasu nie zależnie od pory doby. Skonstruowali go Egipcjanie, niestety nie wiadomo kiedy powstał. Jego pierwotna wersja była bardzo prosta i niedokładna. Składało się on z naczynia, które było wypełnione wodą i przez denny otwór wyciekała woda. Przyrząd ten używano również w Chinach, lecz pomimo kilku udoskonaleń nie spełniał swojej roli. Chodził nieregularnie, ponieważ ruch zegara był zależny od tego jaka była wysokość wody w tym naczyniu. W miarę ubywania wody, jej wypływanie było coraz wolniejsze.

Znaczącą zmianę w budowie zegarów wodnych wprowadzili Grecy. Celem nowego zegara nazywanego klepsydrą było ograniczenie czasu przemówień. Jego czas pracy był ściśle określony i wynosił zazwyczaj od kilku do kilkanaście minut. Klepsydra miała zastosowanie w zebraniach publicznych lub rozprawach sądowych. Od V w. p.n.e. była wyposażeniem szkół retoryki w Grecji. Zegary wodne zachowały się do około XIV wieku. Prawdopodobnie wtedy również powstały zegary piaskowe. Miały podobną budowę jak zegary wodne, lecz zamiast wody był piasek. Zegar piaskowy był bardziej precyzyjny, nie zależał on bowiem od tego, jaka w naczyniu była ilość piasku. Montowano go na ambonach jako zegar kazaniowy, zazwyczaj dwudziestominutowy. Chociaż we współczesności zegary piaskowe nie spełniają już dawnej roli, można je spotkać czasami w sklepach z różnymi pamiątkami.

Innym całodobowym urządzeniem odmierzającym czas był zegar ogniowy używany w Chinach. Początkowo rolę zegarka odgrywała płonąca świeca z oznaczoną podziałką. Później zaś używano rowki, które wypełniano proszkiem łatwo palnym. Okres spalania proszku wyznaczał upływanie czasu. Jednak zegary te podobnie jak wodne charakteryzowały się małą dokładnością.

Wynalezienie astrolabium najprawdopodobniej przez Hipparcha, było w starożytnej Grecji jednym ze wspanialszych osiągnięć naukowych i technicznych . Przyrząd ten został udoskonalony przez Ptolemeusza. Początkowo składał się on z kilku drewnianych kręgów, później mosiężnych, miedzianych, a także srebrnych. Astrolabium to model rzutu nieba na powierzchnię płaską, pokazuje on pozycję obiektów na niebie w danym czasie lub danego dnia. Są one widoczne na podanej szerokości geograficznej z powierzchni Ziemi. Urządzenie to zostało udoskonalone przez Arabów. Dzięki podbojom Arabów ( w IX w. podbili oni Iberię), astrolabium znalazło się w Europie Zachodniej. Miało on uniwersalne zastosowanie, używany był w astronomii, nawigacji oraz miernictwie, dzięki niemu określano czas w dzień na podstawie obserwacji Słońca oraz w nocy na podstawie obserwacji gwiazd.

Na początku XIV wieku zaczęły pojawiać się nowe urządzenia do pomiaru czasu m.in. zegary mechaniczne. Źródło ruchu w takim zegarze stanowiła energia mechaniczna, która była zawarta w sprężynie lub obciążniku. Natomiast odpowiednią prędkość ruchu kół zębatych zapewniał regulator. Pierwsze przyrządy takiego typu były dość prymitywne, nie miały tarcz, ani wskazówek, a rolę tę spełniał dzwon, uruchomiony przez mechanizm do wybijania godzin. Zegary te były o znacznych rozmiarach i umieszczano je często na wieżach kościołów, frontonach pałaców oraz ratuszy. Zegar katedralny w Wells (Anglia), który powstał w 1325 roku jako jeden z pierwszych jest jednym z pierwszych czasomierzy mechanicznych , zachował się do dziś. Był on również powszechny w Polsce. Najstarszy, który umieszczony jest na frontonie ratusza we Wrocławiu, jest z 1368 roku. W XV wieku zegary wieżowe posiadały również : Gniezno, Gdańsk, Kraków, Lwów i Warszawa.

Jeszcze w XIV wieku zostały dokonane istotne zmiany w budowie zegarów mechanicznych, w których dodano tarcze i wskazówkę godzinową. Przyrządy tego typu używano także w obserwacjach astronomicznych. Pierwszym, który posłużył się zegarem mechanicznym w astronomii, był Bernard Walther. Uzyskane przez niego wyniki nie były jednak zadowalające. Ówczesny zegar mechaniczny pozwalał na określenie czasu precyzyjnie do 15 minut.

Od momentu skonstruowania zegarów wieżowych, zaczęto myśleć o ich miniaturyzacji. Pierwsze zegarki domowe skonstruowano prawie, że równocześnie z wieżowym zegarem. Miały taki sam mechanizm, który opierał się na obciążniku, posiadały tarczę i wskazówkę godzinową. Dużym znaczeniem w historii pomiaru czasu było użycie nowego napędu - sprężyny. Miało to miejsce o jeden wiek później od wynalezienia zegara wieżowego. Dowodem tego jest data skonstruowania najstarszego znanego przyrządu dla księcia Filipa Dobrego. Zastosowanie sprężyny umożliwił jego dalszą miniaturyzacji, dzięki czemu możliwe było jego przenoszenie. Niemniej miał on jednak dwie wady: działał tylko w pozycji pionowej i był niestety mało dokładny. Stąd też pomysł użycia zegara w celu wyliczenia na morzu długości geograficznej nie został zrealizowany. Pomysł ten jest opisany w wydanej w 1530 roku książce jego autorstwa " Zasady astronomii i kosmografii". Przy jakimkolwiek ruchu statku przyrząd zatrzymywał się. Dopiero w II połowie XVII wieku nastąpił znaczny postęp w konstrukcji czasomierzy. Wszystko dzięki pracom prowadzonym przez matematyka, astronoma i fizyka, profesora uniwersytetów w Hadze i Paryżu, Holendera Christiana Huyghensa. Wynalazł on w 1656 zegar wahadłowy. Praca Horologium Chństiaana Huyghensa- opisująca ten wynalazek ukazała się w 1658 roku. Skonstruowany przyrząd niestety nie odmierzał precyzyjnie czasu.

Przyczyn było kilka: mała dokładność kół zębatych zegara, zakłócenia wahań wynikające z tego, iż wahadło swobodnie nie zwisało, lecz połączone było widełkami z mechanizmem zegara oraz zmiana pod wpływami temperatury długości wahadła. Eliminacja wadliwego funkcjonowania zegara oraz jego dalsze udoskonalenia zajęły Huyghensowi dość duży okres życia. Natomiast trudną przeszkodą do pokonania był brak wiedzy na temat kurczliwości, czy rozszerzalności metali pod zmianami temperatury . Z tego powodu To zadecydowało, nie wykorzystano jego zegara jako przyrząd pomagający ustalić na morzu długość geograficzną, gdzie zazwyczaj zmiany temperatury występują dość często. Także Huyghens wynalazł balans ze spiralą w 1675 roku. Było to przyrząd spełniający rolę wahadła, które do dziś używane jest w zegarkach.

Znaczące wyniki nad zegarem spełniającym się na morzu oraz pozwalającym z dużą dokładnością wyznaczyć długość geograficzną osiągnął Anglik John Harrison. Jednym problemów było zbudowanie takiego wahadła, aby jego długość była stała na zmiany temperatury. W 1726 roku zadanie to zrealizowano. W zegarach Harrisona wahadło zastąpione zostało przez balans, ale doświadczenia zostało wykorzystane.

Konstrukcja takiego zegara, aby sprawdzał się na morzu oraz precyzyjnie odmierzał czas trwała aż siedem lat. Ukończono ją w 1735 roku. Numer Jeden, taką nazwę wprowadził Harrisom, był to zegar sprężynowy z dwu - balansowym regulatorem. Pokonano więc wpływ kołysania statku na funkcjonowanie zegara. Natomiast uniezależnienie pracy zegara od temperatury, poprzez zastosowanie w balansie rozwiązania podobnego w wahadle. O Numerze Dwa, który ważył pięćdziesiąt kg (Numer Jeden -trzydzieści pięć) i został ukończony w 1739 roku,. nie wiadomo praktycznie nic, bowiem nie został poddany on próbom morzu. Również Numer Trzy, który skonstruowano w 1757 roku nie poddano próbom, ponieważ Harrison ogłosił, że jest właśnie w trakcie pracy nad Numerem Czwartym. Trzeci zegar posiadał 753 części oraz ważył 30 kg.

Szczytowym osiągnięciem Harrisona było ukończenie w roku 1759 Numeru Cztery. Od poprzedników różnił się wymiarami, miał 127 mm średnicy i perfekcyjnie odmierzał czasu. Zatem można przyjąć, iż problem pomiaru czasu rozwiązano. Ostatnim jego dzieło to Numer Pięć, który zbudował wraz z synem Williamem po trzyletniej pracy (1770 r.). Otwartym zagadnieniem, które wymagało ujednolicenia, była rachuba czasu. Początkowo używany czas prawdziwy, który wynikał z tego jakie było ułożenie Słońca, już nie wystarczał. Wprowadzono zatem nową rachubę czasu; czas średni słoneczny, który wyznaczano według momentu, w którym średnie Słońce przechodziło przez miejscowy południk. Pod koniec XVIII wieku był używany powszechnie oraz stosowany do schyłku XIX wieku. Aby z niego korzystać w podróży należało przestawiać jego wskazówki. Gdy upowszechniły się środki komunikacji, szczególnie kolej stało się to dość uciążliwe.

Jeżeli się pobudzi do drgań kryształki kwarcu ich cechą charakterystyczną jest wysoka dokładność w częstotliwości. Pojawił się zatem pomysł, aby użyć ich w zegarze przy kontroli drgań. Po kilku nieudanych próbach angielskich i amerykańskich naukowców, niemieccy fizycy Scheibe i Adelsberger sporządzili w latach 1933-1934 pierwszy z kwarcowy zegar. W czasach dzisiejszych są używane m.in. "zegary atomowe". Dzisiaj międzynarodowy atomowy czas jest odmierzany przez zegary w laboratoriach całego świata. Na tej podstawie w radiach podawane są sygnały czasu oraz wszelkiego rodzaju zegarynki.