在天文学方面，祖冲之创制了中国历法史上著名的新历——《大明历》。在《大明历》中，他首次引用了岁差，是我国历法史上的一次重大改革；他编制的《大明历》，开辟了历法史的新纪元。
祖冲之（425～500），字文远，祖籍范阳郡遒县（今河北涞水县），我国南北朝时期杰出的数学家、科学家。祖冲之的家族对天文历法素来就有研究，祖冲之从小就有机会接触天文、数学等方面的知识，这种家学渊源是祖冲之从事科学活动极为有利的条件。祖冲之青年时，就得到了博学多才的名声，宋孝武帝听说后，派他到“华林学省”做研究工作，华林园乃是国家藏书讲学之所，这是他开始科学研究的重要一步。
书：《春秋四分历》、《太初历》、《后汉四分历》、《元始历》、《元嘉历》等，对这些古人制定的历法书认真地比较，仔细地探讨。他发现五胡十国时期的北凉（316～420）的赵榧于421作的《元始历》中，第一次不用十九年七闰的旧章法，而改用六百年二百二十一闰。他不禁连连称赞：“好！大胆的尝试！”于是他又拿出了算筹，细心地计算了起来，计算结果表明：十九年七闰，闰数过多，在二百年内，就要比实际多出一天来。
“看来十九年七闰的旧章法，是非改不可！”祖冲之开始思索这样的一个问题：要进一步提高历法的精度，光靠桌上的那几本历书行吗？不行！得靠自己去观测，用实际观测得来的数据，才能进行正确的计算。但是，该从哪里入手呢？对！就从测定冬至的日期着手！
他在观测站上，立起了一个八尺高的圭表，观测日影的长度。在观测册上记下了一个又一个数据，记录着一个又一个变化的日影。后来，他又设计了计时的漏壶。在记下日影长短的同时，记下了准确的时间。
一年、两年过去了。用竹简串起来的观测记录把本来十分宽敞的书房，堆得十分拥挤。但是还没有得出理想的结果。这是什么原因呢？经过艰苦的努力，祖冲之发现：由于冬至前后的影长变化不太明显，再加漏壶表示的时间不那么准确，这给冬至时刻的准确测定带来了困难。
他总结失败的教训，想出了一个新方法：不直接观测冬至那天日影的长度，而观测冬至前后二十三四天的日影长度，再取它的平均值，求出冬至发生的日期和时刻。因为离开冬至日远些，日影的变化就快些，所以这一方法提高了冬至时刻的测定的精度。
后来，祖冲之用圭表测定了回归年的长度后，又用浑仪等测角器测定太阳在恒星间的位置，开始研究太阳一年中运动的快慢变化和测定冬至点逐年变化的数值（岁差）。他根据自己的实际测验和计算结果，首先证实了岁差现象的存在，同时还求出冬至点每一百年向西移动1度。这是历法史上的一个创举，揭开了我国历法改革的崭新一页。
这些观测数据为祖冲创制《大明历》打下了基础。462年，《大明历》终于得以颁行，这是当时最科学的历法。祖冲之制定的《大明历》岁实取365.24281481日，与现代天文学所测结果，一年中仅有六十万分之一的误差，在那个时代这是一项卓越的贡献。
知识小百科
“交点月”的天数
所谓交点月，就是月亮连续两次经过“黄道”和“白道”的交叉点，前后相隔的时间。黄道是我们看到的太阳运行的轨道，白道则是月亮运行的轨道。交点月的日数是可以推算得出来的，祖冲之测得的交点月的日数是27.21223日，比过去天文学家测得的要精密得多，同近代天文学家所测得的交点月的日数27.21222日已极为近似。由于日蚀和月蚀都是在黄道和白道交点的附近发生，所以推算出交点月的日数以后，就更能准确地推算出日蚀或月蚀发生的时间。在当时天文学的水平下，祖冲之能得到这样精密的数字，实在惊人。