巴比伦和亚述是两河流域的两个古老帝国。公元前30～前20世纪初，苏美尔人和阿卡德人生活在两河流域南部。前2000年以前，阿摩列伊人入侵两河流域南部，在巴比伦一带定居。前19世纪，建立了古巴比伦王国（前1894～前1595），它的第六代国王汉穆拉比在位时，统一了两河流域，古代两河流域文化从此进入兴盛期。前1600年左右，古巴比伦被来自小亚细亚的喜特人所灭。此后，巴比伦陷于长期的分裂状态。
    很久以来，在底格里斯河中部即两河流域北部居住的是胡里特人，他们在一个相当长的时期内，与苏美尔和阿卡德人混合，大约在前30～前20世纪，逐渐形成了亚述国家。前10世纪，亚述开始强盛，进入了铁器时代。前7世纪，两河流域全部并入亚述帝国。前612年亚述帝国为迦勒底人所灭。
    两河流域是世界上最早出现农业文明的地区之一。那里的人们很早就发现，河水泛滥和季节变化都同天象有关。因此，在原始时代，人们就在寺塔的顶上观察天象。苏美尔人为了安排劳动和生活，以一昼夜为一日。日的起点以日落时起算，这是一个最基本的计时单位。接着，又以月亮的圆缺变化作为更大的计时单位。他们以第一次见到新月的那天傍晚为月的开始，新月出现的日期需要经常观察月相来确定。日积月累，人们逐渐认识到，1年为12个月，其中6个月为大月，6个月为小月，1年等于354天，并且已经知道设置闰月来调整季节，这就是阴历。 在乌尔第三王朝（约前2060～前1955）的文献中，我们可以找到国王确定附加月的命令。
    前20世纪的巴比伦人，在天文知识方面进步较快。发展农业，预报两河的泛滥周期，要求编制出精密的历法，这就为巴比伦天文学的发展提供了动力。同时，星相术的发展，也促使人们从长期的天象观测中积累了更多的天文知识。僧侣们经常在寺塔的顶层用喇叭形的管状望筒观测天象，并记录下来。
    汉穆拉比在位时，统一了历法，这是巴比伦天文学的重要发展标志。历法是由月亮的圆缺周期为基础的。在巴比伦后期的文书中，记载了有关昼夜长短变化和闰月的安排方法，其中朔望月的数值误差仅0.4 秒。巴比伦人将一昼夜分为6更，每更为2时，每时为30分，则一昼夜为12时，合计360分，太阳运行一昼夜也为360分，因此，圆周等于360度。 度有步的意义，以符号“0”来表示，好比是太阳的脚印。
    巴比伦人还发明了日晷，方法是用一根直立的杆，以杆为中心作一大圆，将圆分为12等分，每份再划成30等分，也就是将一圆周分为12大格360小格，依据杆影所在的刻度来确定时间。 巴比伦人在发明日晷的同时，也发明了漏壶。漏壶约盛水3公升，一侧刻有12大格360小格，水从器底的小孔中滴出，由容器内水面所示的刻度来计算时间。
    前30世纪末，巴比伦人仅认识太阳、月亮、金星3个天体。 到了汉穆拉比时期，巴比伦人对火星、水星、土星等行星也有了认识，认为火星凶恶，喜欢发怒，是战争、疾病和死亡之神；水星爱跑爱跳，是智慧之神；土星稳重庄严，是胜利之神。这些描绘，基本符合这些行星的运动特性。此外，巴比伦人还认识了黄道、月亮及一些行星的运行轨道。
    汉穆拉比时期，人们把黄道上的星座划分为16组。到了前13世纪，改为12星座。它们的名称依次是：白羊、金牛、双子、巨蟹、狮子、室女、天秤、天蝎、人马、摩羯、宝瓶、双鱼。这一改动，无疑是和一个回归年或一个太阳年等于12个太阴月有关。太阳，一年通过12个星座后，又回到原来的位置，这样使用起来很方便。对于回归年，太阳从春分点再回到春分点依次经过这12宫，这12宫的图形在当时的碑刻上可以找到。不过，这时尚未有岁差的概念，12星座与12宫在概念上还没有区别，这12宫的名称与现代国际通用的完全一致。也就是说，将黄道分成12宫首先是由巴比伦人在前13世纪发明的。然后通过喜特人和希腊人传到地中海和其他地区，一直保留到今天。
    巴比伦人认为宇宙是由大地、天空和海洋三部分组成，大地是屹立在海洋中间的圆形的陆地。海有天海和地海，从上下两面包围世界。天海和地海连接，就如同倒扣的茶杯，覆盖在大地上。最初，僧侣们把天地分为三重，后来又分为七重。天由坚硬的宝石做成，上面有窗户，雨从天窗落到地上。星体是放牧在天海里伸出天堤的绵羊，太阳和月亮是神做成的天灯，恶魔怪物遮住了天灯，就成为日食和月食。在天的东西方尽头，各有一座山，山上有门，早上太阳从天东门出来，在天上运行一天后，到晚上从西门进入天庭。
    亚述人吸收了巴比伦人的天文知识，并在此基础上作了进一步发展。通过考古得知，亚述人和巴比伦人的岁首都是从春分开始的，一年12个月，大小月相间，平年354天，闰月根据观测随时插入。
    亚述人不仅认识了黄道和白道，而且能够推算出黄道与白道的交点。萨尔贡二世（约前9世纪）时期， 人们对月食的认识和研究已有相当水平，不仅能预见月食发生，而且还知道只有当月亮靠近黄白交点时，月食才会发生。
    巴比伦人和亚述人都将日月五星看做天神。有文献证明， 到前650年，已形成七天神轮流值日的周期。以7天为1星期，可能就是从这时候开始的。各个星神的值勤日为：星期日太阳神沙玛什，星期一月神辛，星期二火星神涅尔伽尔，星期三水星神那布，星期四木星神玛尔都克，星期五金星神伊什塔尔，星期六土星神尼努尔。以7天为1星期，现已成为国际通用的制度。
    两河流域的巴比化人和亚述人对古代天文学的贡献是巨大的。他们所使用的圆周长的划分方法、昼夜时间的划分方法、一年12月的划分方法及星期的划分方法等，是世界古代文明的瑰宝，也为后来希腊、阿拉伯天文学的发展奠定了基础。