〔1〕司天之说尚矣，《易》曰：“天垂象，见吉凶，圣人象之。”又曰：“观乎天文，以察时变。”自古有国家者，未有不致谨于斯者也。是故尧命羲、和，历象日月星辰，舜在璇玑、玉衡，以齐七政，天文于是有测验之器焉。然古之为其法者三家：曰周髀，曰宣夜，曰浑天。周髀、宣夜先绝，而浑天之学至秦亦无传，汉洛下闳始得其术，作浑仪以测天。厥后历世递相沿袭，其有得有失，则由乎其人智术之浅深，未易遽数也。
天文观测这门学问历史很久了，《易经》上说：“天上显现天象，显示吉凶，圣人就效法天象。”又说：“观察天文，来了解时节变化。”自古以来，治理国家的人，没有不重视这个的。所以尧任命羲氏和氏，让他们推算日月星辰的运行，舜使用璇玑玉衡，来调整日月五星的运行，天文观测于是有了专门的仪器。不过古代研究天象的方法有三家：周髀、宣夜和浑天。周髀和宣夜早就失传了，浑天学说到秦朝也没有传下来。汉朝时洛下闳才获得这个方法，制作浑天仪来观测天体。从此以后，历代沿袭这个方法，有成功也有失败，都取决于当政者才智水平的高低，不是一下子就能说清楚的。
〔2〕宋自靖康之乱，仪象之器尽归于金。元兴，定鼎于燕，其初袭用金旧，而规环不协，难复施用。于是太史郭守敬者，出其所创简仪、仰仪及诸仪表，皆臻于精妙，卓见绝识，盖有古人所未及者。其说以谓：昔人以管窥天，宿度余分约为太半少，未得其的。乃用二线推测，于余分纤微皆有可考。而又当时四海测景之所凡二十有七，东极高丽，西至滇池，南逾朱崖，北尽铁勒，是亦古人之所未及为者也。自是八十年间，司天之官遵而用之，靡有差忒。而凡日月薄食、五纬凌犯、彗孛飞流、晕珥虹霓、精祲云气等事，其系于天文占候者，具有简册存焉。
宋朝自从靖康之乱以后，天文仪器全部归了金朝。元朝兴起，定都燕京，起初沿袭使用金朝留下的旧仪器，但仪器的规环不协调，难以再使用。于是太史郭守敬拿出他创制的简仪、仰仪以及各种仪表，都达到了精妙的地步，他的见识卓越，是古人所不及的。他的理论认为：从前的人用管子窥测天空，对星宿度数和余分只是大致分为太、半、少等，没有达到精确。于是他改用两条线来推测，对细小的余分都有考究。而且当时全国测量日影的地方共有二十七处，东到高丽，西到滇池，南到朱崖，北到铁勒，这也是古人没有做到的事情。从此八十年间，负责天文的官员遵守使用这些仪器，没有出现过差错。凡是日食月食、五星凌犯、彗星流星、晕珥虹霓、精祲云气等等，这些属于天文占候的事情，都有简册保存着。
〔3〕若昔司马迁作《天官书》，班固、范晔作《天文志》，其于星辰名号、分野次舍、推步候验之际详矣。及晋、隋二《志》，实唐李淳风撰，于夫二十八宿之躔度，二曜五纬之次舍，时日灾祥之应，分野休咎之别，号极详备，后有作者，无以尚之矣。是以欧阳修志《唐书·天文》，先述法象之具，次纪日月食、五星凌犯及星变之异；而凡前史所已载者，皆略不复道。而近代史官志宋《天文》者，则首载仪象诸篇；志金《天文》者，则唯录日月五星之变。诚以玑衡之制载于《书》，日星、风雨、霜雹、雷霆之灾异载于《春秋》，慎而书之，非史氏之法当然，固所以求合于圣人之经者也。今故据其事例，作元《天文志》。
从前，司马迁撰写《天官书》，班固、范晔撰写《天文志》，他们对星辰的名称、分野的位置、历法推算和观测验证等方面都写得很详细。到了《晋书》和《隋书》中的《天文志》，实际上是唐代李淳风撰写的，对于二十八宿的运行度数、日月五星的运行位置、时间与灾祥的应验、分野与吉凶的区别，号称极其详细完备，后来的作者，没有能超过它的了。因此欧阳修撰写《新唐书·天文志》，先叙述天文仪器的形状与用途，接着记载日食、月食、五星侵犯以及星象变化的异常情况；而凡是以前史书已经记载过的，都省略不再复述。而近代的史官撰写宋代《天文志》，则首先记载仪象等篇章；撰写金代《天文志》，则只记录日月五星的变化。实在是因为浑天仪的制造记载在《尚书》中，太阳、星辰、风雨、霜雹、雷霆等灾异记载在《春秋》中，慎重地记载这些，不仅是史官应有的法则，本来就是用来合乎圣人经典的做法。现在所以根据这些事例，编纂元代的《天文志》。
〔4〕简仪之制，四方为趺，纵一丈八尺，三分去一以为广。趺面上广六寸，下广八寸，厚如上广。中布横輄三、纵輄三。南二，北抵南輄；北一，南抵中輄。趺面四周为水渠，深一寸，广加五分。四隅为础，出趺面内外各二寸。绕础为渠，深广皆一寸，与四周渠相灌通。又为础于卯酉位，广加四维，长加广三之二，水渠亦如之。北极云架柱二，径四寸，长一丈二尺八寸。下为鳌云，植于乾艮二隅础上，左右内向，其势斜准赤道，合贯上规。规环径二尺四寸，广一寸五分，厚倍之。中为距，相交为斜十字，广厚如规。中心为窍，上广五分，方一寸有半，下二寸五分，方一寸，以受北极枢轴。自云架柱斜上，去趺面七尺二寸，为横輄。自輄心上至窍心六尺八寸。又为龙柱二，植于卯酉础中分之北，皆饰以龙，下为山形，北向斜植，以柱北架。南极云架柱二，植于卯酉础中分之南，广厚形制，一如北架。斜向坤巽二隅，相交为十字，其上与百刻环边齐，在辰巳、未申之间，南倾之势准赤道，各长一丈一尺五寸。自趺面斜上三尺八寸为横輄，以承百刻环。下边又为龙柱二，植于坤巽二隅础上，北向斜柱，其端形制，一如北柱。
简仪的制式是：底座采用四方形状，纵向长度为一丈八尺，宽度是纵向的三分之二。底座的上表面，上面宽六寸，下面宽八寸，厚度与上宽相同。中间布置横梁三根、纵梁三根。南面有两根纵梁，北端抵住南面的横梁；北面有一根纵梁，南端抵住中间的横梁。底座四周挖有水渠，深一寸，宽度比深度多五分。四个角上设有石墩，露出底座内外各二寸。围绕石墩挖有水渠，深和宽都为一寸，与四周的水渠相互连通。又在正东（卯位）和正西（酉位）设置石墩，其宽度比四角的石墩加宽，长度比宽度增加三分之二，水渠的布置也一样。北极的云架柱有两根，直径四寸，长度一丈二尺八寸。下端是鳌云形状，竖立在西北（乾）和东北（艮）两个角的石墩上，左右向内倾斜，其倾斜方向与赤道平行，共同穿过上部的规环。规环的直径二尺四寸，宽一寸五分，厚度是宽度的两倍。中间有距，相交成斜十字形，宽度和厚度与规环相同。中心有孔，上面宽五分，正方形边长一寸半，下面宽二寸五分，正方形边长一寸，用于容纳北极的枢轴。从云架柱斜向上，距离底座表面七尺二寸处，设有横梁。从横梁中心到孔心的距离是六尺八寸。又有龙柱两根，竖立在卯酉石墩中分线的北面，都装饰着龙，下面为山形，向北斜着竖立，用以支撑北架。南极的云架柱有两根，竖立在卯酉石墩中分线的南面，宽度、厚度以及形状制式都与北架相同。它们斜向西南（坤）和东南（巽）两个方向，相交成十字形，上端与百刻环的边齐平，位于辰巳和未申方位之间，向南倾斜的角度与赤道平行，各长一丈一尺五寸。从底座面斜向上三尺八寸处设置横梁，用来承托百刻环。下边还有龙柱两根，竖立在坤巽两个角的石墩上，向北斜柱，其端部的形状制式与北柱相同。
〔5〕四游变环，径六尺，广二寸，厚一寸，中间相离一寸，相连于子午卯酉。当子午为圆窍，以受南北极枢轴。两面皆列周天度分，起南极，抵北极，余分附于北极。去南北枢窍两旁四寸，各为直距，广厚如环。距中心各为横关，东西与两距相连，广厚亦如之。关中心相连，厚三寸，为窍方八分，以受窥衡枢轴。窥衡长五尺九寸四分，广厚皆如环，中腰为圆窍，径五分，以受枢轴。衡两端为圭首，以取中缩。去圭首五分，各为侧立横耳，高二寸二分，广如衡面，厚三分，中为圆窍，径六分。其中心，上下一线界之，以知度分。
四游仪由一系列可以转动的环组成，环的直径是六尺，宽两寸，厚一寸，环与环之间相隔一寸，在子午（正北正南）和卯酉（正东正西）的方向上相互连接。在正南正北的位置各有一个圆孔，用来容纳南极和北极的转轴。环的正反两面都刻着周天度数（圆周度数），从南极开始，到北极结束，剩下多出来的度数附刻在北极附近。距南北极转轴孔两侧各四寸的地方，分别安装有直立的横杆（直距），其宽度和厚度与环相同。从直距的中心各自伸出横向的关臂（横关），东西方向与两个直距相连，宽度和厚度也和环一样。横关的中心相互连接，厚度为三寸，开有一个八分见方的方孔，用来容纳窥衡的转轴。窥衡长五尺九寸四分，宽度和厚度都与环相同，它的腰部有一个直径为五分的圆孔，用来穿在转轴上。窥衡的两端做成圭首形状（上尖下方），用来对准和取中。距圭首五分的地方，分别装有侧立的横耳，高两寸二分，宽度与窥衡的面相同，厚三分，中间有一个直径为六分的圆孔。横耳的中心画有一条从上到下的界线，用来判别度数的位置。
〔6〕百刻环，径六尺四寸，面广二寸，周布十二时、百刻，每刻作三十六分，厚二寸，自半已上广三寸。又为十字距，皆所以承赤道环也。百刻环内广面卧施圆轴四，使赤道环旋转无涩滞之患。其环陷入南极架一寸，仍钉之。赤道环径广厚皆如四游，环面细刻列舍、周天度分。中为十字距，广三寸，中空一寸，厚一寸。当心为窍，窍径一寸，以受南极枢轴。界衡二，各长五尺九寸四分，广三寸。衡首斜剡五分，刻度分以对环面。中腰为窍，重置赤道环、南极枢轴。其上衡两端，自长窍处边至衡首底，厚倍之，取二衡运转，皆着环面，而无低昂之失，且易得度分也。二极枢轴皆以钢铁为之，长六寸，半为本，半为轴。本之分寸一如上规距心，适取能容轴径一寸。北极轴中心为孔，孔底横穿，通两旁，中出一线，曲其本，出横孔两旁结之。孔中线留三分，亦结之，上下各穿一线，贯界衡两端，中心为孔，下洞衡底，顺衡中心为渠以受线，直入内界长窍中。至衡中腰，复为孔，自衡底上出结之。
百刻环的直径六尺四寸，环面宽二寸，环周均匀分布十二时辰和一百刻，每一刻又分成三十六分，环厚二寸，从环的一半以上宽度为三寸。另外做了个十字形支架，用来承托赤道环。在百刻环内侧宽面上水平装了四个圆轴，让赤道环转起来顺溜，不会卡顿。这个环嵌入南极架一寸深，还用钉子固定住。赤道环的直径、宽度和厚度都和四游仪一样，环面上精细刻着二十八宿和周天度数。环中心有个十字形支架，宽三寸，中间空一寸，厚一寸。正中心开了个圆孔，孔径一寸，用来插南极枢轴。界衡有两根，每根长五尺九寸四分，宽三寸。衡的前端斜削五分，刻上刻度好跟环面对应。中间开了个孔，再次套在赤道环和南极枢轴上。界衡的两端，从长孔边沿到衡首底部的厚度加了一倍，这样两根界衡转起来都能贴住环面，不会一高一低，读数也方便。两极的枢轴都用钢铁做成，长六寸，一半是柄，一半是轴。柄的尺寸跟上面规定的中心距一样，正好能容纳直径一寸的轴。北极轴中心开了个孔，孔底横向打通，通向两边，中间引出一根线，把柄弯一下，从横孔两边穿出来打结。孔里留出三分的线头，也打上结，上下各穿一根线，穿过界衡两端，在中心开个孔，向下通到界衡底部，顺着界衡中心挖一条沟槽来放线，一直通到内部界衡的长孔里。到了界衡中部，再开一个孔，从界衡底部向上穿出来打结。