汤若望是继利玛窦之后又一个明清之际的著名传教士。他是德国人，受葡萄牙耶稣会的派遣到中国传教，明天启二年（1622）进入中国，取汉名汤若望。他有天文学方面的专业知识，崇祯三年（1630），徐光启预备修订新历，将汤若望从西安调到北京，进入历局成为徐光启的助手。他不仅是天文学家，在机械制造方面也十分在行，帮助崇祯皇帝制造出威力强大的“红衣大炮”，在对抗清军的战争中发挥了巨大的作用，这使得明、清双方都将他当成不可多得的全能人才。
崇祯十七年（1644），他在改朝换代的大动荡中坚持留在北京。六月，多尔衮率清军进入北京城，命令城内居民搬出城外以安置大军，汤若望上书请求保护，获得清政府的优待，他的教堂、三千卷书籍和为崇祯皇帝修订的《崇祯历书》刻板得到妥善安置。
清政府上台，一项重要的工作是编制新历法颁行天下，代替前王朝的旧历。多尔衮命令钦天监官员负责新历法的修订。当时钦天监官员使用中国传统的大统历和回回历，推算出天文现象出现的时间与实际发生时间差距较大，影响到新王朝在百姓心目中的威望。多尔衮对此十分不满，召见汤若望询问有关技术问题。通过同年八月对日食时间的测定，三种历法优劣顿现，汉、回历法分别相差二刻、四刻，而“西洋新法”的测算结果丝毫不差。清政府当即宣布采用西洋新法，将新历书赐名“时宪历”，不久汤若望接任钦天监正，相当于国家天文台的台长。能推算历法的人在被当时被认为懂占星术，受到官员和民众的崇拜。自汤若望以后，直到清道光年间，钦天监官员都用西方传教士担当。
汤若望获得清朝统治者极大的尊崇，在中国受到如此礼遇的传教士独此一人。多尔衮极尊重他的意见，顺治的生母也因为汤若望治好了自己侄女即顺治皇帝未来皇后的病而感激之至。少年顺治皇帝听了太后和朝中大臣对这位西洋教士的褒扬，自然产生信赖感，更由于顺治帝极强的求知欲，屡屡召汤若望进宫讲解天文学等自然科学知识，两人之间建立起超越寻常君臣之间的关系。顺治帝称汤若望为“玛法”即满语爷爷，顺治八年（1651）一年之内，汤若望连升三次，从“通议大夫”、“太仆寺卿”到“太常寺卿”，官级从五品升到正三品。顺治十年（1653），赐给汤若望“通微教师”的尊号，地位相当于国师。顺治十五年（1658），汤若望获赠“光禄大夫”的荣誉头衔，官位升至正一品。不仅如此，顺治帝还经常御驾汤若望府邸，长时间畅谈。这种做法被认为尊卑不分、有违礼教，激起了朝中大臣的不满。虽然如此，汤若望仍借助与顺治皇帝的亲近关系，得到了崇高的地位和行动的自由。
汤若望早在刚担任钦天监正一职时，便在北京宣武门内建立了一座欧式风格的雄伟教堂，参观的人员络绎不绝，顺治十四年，顺治皇帝御笔亲书“通微佳境”，制成匾额悬挂于宣武门的天主教堂，汤若望还把顺治帝御制碑文刻成石碑竖立在教堂前面。这一举动等于默认了汤若望有自由传教的权力。事实上，汤若望也经常利用接近皇帝的机会向皇帝灌输基督教义，顺治皇帝也阅读了有关书籍。由于汤若望的声望，中国境内的传教士都得到了保护，入教的群众竟达上万人。
顺治十八年（1661），才二十四岁的皇帝因病去世，他的继承人是年仅八岁的小皇帝康熙，宫内由祖母皇太后照料，朝中则由四位顾命大臣索尼、苏克萨哈、遏必隆、鳌拜联合执政，实权人物则只有鳌拜。随着顺治皇帝的去世，汤若望的地位每况愈下。
首先是顺治末年，一个略有小名的文人杨光先写作《摘谬论》和《辟邪论》，投疏到礼部，分别攻击西洋新法和基督教，在前书中，杨光先认为汤若望别有用心地用西洋历法替代中国本土历法，是蔑视大清的恶毒之举，在后书中以中国传统伦理观念为参照系全面批驳基督教义。由于顺治帝尚在世，礼部官员拒绝了杨光先的弹劾申请。传教士一方于康熙三年由利类思创作《天学传概》，介绍天主教的产生及在中国的传播历史，反驳杨光先的指控。文中过分夸大基督教义的神圣，激化了矛盾。这时，汤若望中风病倒，由南怀仁代其履行公务。杨光先代表着反西方传教士的一批人，包括儒士、回教徒等人，他们积极支持杨光先，使这一案件越来越复杂。
康熙三年秋到次年春天，朝廷公开审理此案，杨光先指控汤若望等人犯有三条大罪：阴谋叛逆、宣扬邪教和传布错误的天算学。长期审判的结果是，汤若望和钦天监七位官员被判处死刑，各地传教士集中到北京接受审讯，拆毁全国教堂。但在审判的最后关头，北京发生强烈地震，顺治帝的母亲孝庄太后直接干预此案，汤若望和仆人才被释放，五名中国官员仍被处死。不久汤若望病故，葬于利玛窦墓旁，集中到北京的二十五名传教士被驱造出境。
杨光先就任钦天监监正。走马上任后，他遇到历法推算的技术问题。杨光先恢复大统历和回回历，结果当然错误百出。康熙年事稍长，不满于鳌拜的专权，从钦天监入手追查。康熙八年（1669）春，康熙仿效乃父顺治命汤若望的助手南怀仁和杨光先实地测试，以辨优劣。经过几次考查，杨光先败下阵来，被革职，病死在回安徽老家的途中。
康熙皇帝恢复了汤若望的尊号，肯定了他的贡献。南怀仁接任钦天监监正，经过这一重大曲折，中国天文学重新获得了发展的机遇，以后历任钦天监主要官员均为西方传教士。传教士在天文学上取得胜利，传教的阻力却越来越大，清政府对传教活动的控制康熙中后期以后越来越紧，最终进入全面禁教阶段。