在阴阳合历，也就是农历之前，和世界上其它部落的历法类似，华夏民族的不同部落也基本上是使用太阳历或者使用太阴历，取决于地域环境，生存方式和信仰等。
我们当代主流的公历只需要记录太阳的运动规律就行，因此一年是对应一个回归年，剩下的时间采用“闰日”的方式，有好几种规则，最精确的能做到17.82万年才误差24小时。假如不考虑与更多的天体运动同步，白话就是“假如不考虑更多天象的话”，那么无疑公历能做到非常精准的计时，能正反推到以后一万年的某一个时间。
但中国古代的历法形式则不同，本着“阴阳融合”的思维（实际上是不同部落之间的文化融合），于是即兼顾以太阳规律的太阳历，又兼顾以月亮运动规律的太阴历，于是就产生了阴阳合历的形式，现在是农历，也一直在使用。
合历的出发点是好的，高大上的。
“月”，严格跟月球的盈亏变化对应；初一的日子一定是日月合朔日，十五一定是大满月望月。月相变化一周，一个朔望月，大约是29.5天(月球的运动叠加和地球的运动叠加)，所以农历月分大小月，大月30天，小月29天。而“年”则要对应太阳回归年。
农历的大小月是根据朔日（月亮、太阳、地球相对位置的一种特定状态）来确定的，而不是通过计算得出的，并没有一个固定的规律来预测任何给定年份的大小月安排。大小月并不是按照固定的模式排列，但制作日历或者制定时间必须是整数，这其中就产生了误差的积累。规定农历大月30天，小月29天。因小月29天，少计了0.53059日，就得把这少计了的0.53059日加起来放在下一个月，那下个月就有了30天。即使计了30天，但还多出了0.03059日，又得往下累加。这个数无论大月还是小月，都多出这个数。那么一年就多出了0.36708日。三年后，就多出了1.0124日，就必须在这一个小月上加上一天，于是就会出现两个大月。即使加了这一日后，还有0.0124日的零头，又得与0.53059日加起来再往后累加……如此循环不已。
太阴历的一年，理论上是354天（29.53*12），这就产生了一个问题，太阴历的一年比地球公转一周少了11天多，如果单纯用太阴历记年，那么一年少11日，几年后，四季的顺序就被打乱了。所以阴阳合历也是大势所趋。
如果说上面大小月的处理，算是合历的第一个难题，那么第二个难题，就是“年”采用回归年之后的“闰月”设置问题。
清朝之前用的是十九年七闰，制定时间很早，可以追溯到《左转》成书前，因为《左转》书内已经记载了19年7闰的用法。最初是“三年一闰，五年再闰”，称作“闰双”。这是在19年7闰出现前，在《易经》中蓍草占也有记录：
大衍之数五十，其用四十有九。分而为二以象两，挂一以象三，揲之以四以象四时，归奇与扐，以象闰，五岁再闰，故再扐而后挂。
就是这一段，看着好像是占卜的玩法，实际上也是记录曾经历法中的处理手段。在此时期，“闰月”的设置，其实没有章法，可以随意穿插在不同月份，也可以根据方便和喜好来定，比如：有将闰月放在年终，也就是“归余于终”（上文的归奇与扐）。那不同建月的时期就放不同位置，因为年终的月份不同，还有放年中的。一直到汉武帝《太初历》，才确定了设置无中气月份为闰月的规定，《律历志》：朔不得中，是谓闰月，言阴阳虽交，不得中不生。
单靠月相无法更准确的指导农业生产，于是有了24节气的制定。24节气是基于太阳运动规律。一年内设置24节气，当闰月的设置混乱时，年内的24节气也会混乱。
《周髀算经》中的一月为：29又499/940日=29.53085日（大概），而真实的一个朔望月为：29.53059日。也就是四分历的“月份”，会大于实际的朔望月天数，那么随着时间的积累，必定会超过1天，那么积累到一定年限，初一就不是日月合朔了，日月食的预测也会不准。
《宋书》
以食检之，经三百年，辄差一日。
古历课今，其甚疏者，朔后天过二日 有余。
以此推之，古术之作，皆在汉初周末，理不得远。
300多年多出一天，可以算出来。1/(29.53085-29.53059)，粗略的算法，大体等于300年左右误差一日。
所以古代要频繁修订历法，因为实在太不准了。如果相较于上文中，公历十几万年才差一日，那么彼此之间的误差差距，实在太大。不过，若是从阴阳合历产生的立意来看，又不具备比较性。
古人当然也会发现这个问题，只是在汉之前以及汉时的四分历时期，没有找到更好的方法去替代。后来到了南北朝时期，祖冲之改进了之前的历法体系，朔望月长度定为29又2090/3939日（29.53059），和利用现代天文手段测得的朔望月长度相差不到一秒钟。在《大明历》中，祖冲之提出了在391年插入144个闰月的新闰周。根据新的闰周和朔望月长度，求出《大明历》的回归年长度是365.24281481日，与现代测得回归年长度仅差万分之六日左右，也就是说一年只差50多秒，这是非常精确的资料。并且祖冲之首次引入了岁差的概念，从而使得历法更加精确，是中国第二次较大的历法改革。
不过从唐初开始，就不再用闰周，取而代之的是定气。
李渊建唐之初，沿用隋朝《大业历》。武德二年（619）又颁用傅仁均的《戊寅元历》，开创了中国历史上第一个在民用历中采用定朔法的历法。但采用定朔法可能会出现连大月或连小月的特殊现象，如贞观十九年（645）出现了四个连大月，因而《戊寅元历》受到攻击，不得已又改用平朔，失去了其历法的特征。
唐高宗麟德二年（665）起，朝廷颁用李淳风编造的《麟德历》。该历再次采用定朔并独创了一种进朔法，即根据朔日小余数据的具体情况，将朔日上退一日或下推一日，使相应大月变成小月或小月变成大月，从而解决了出现连续四个大月或三个小月的违反日常习惯的问题。
《麟德历》的又一创举是正式废除沿袭已久的章蔀纪元之法，不用闰周而直接以无中气之月置闰。《麟德历》的主要缺点是没有在历法中考虑岁差。这部历法虽然是比较好的历法，但毕竟存在误差。
当闰月采用定朔法后，二十四节气的制定也转而需要更加精密，在四分历时期，24节气都是平气法制定，所以可以看到《周髀算经》中采用是平均计算日影得出日子的方式。而自从闰月定朔之后，24节气的制定也得采用定气法。不过一直到清代《时宪历》之前，所有的历法都是使用平气法来划分24节气。
《时宪历》，制定于明末，正式采用定气，是中国历法史上最后一次大改革。
明朝末年，经过四十多年实测，开始全面引用西洋算数，编成《崇祯历书》，未及正式颁行而明已亡。清初，天主教耶稣会传教士汤若望把它加以删改并压缩，进呈清政府。清政府把它改名为《西洋历法新书》，并且根据它的数据编制历书，叫做时宪历。时宪历废除了圭表测影法把全年分成二十四份，据以确定节气的平气（恒气），正式采用以太阳在黄道上位置为标准的定气。近代（现在）所用的旧历就是时宪历，通常叫做夏历或农历。
由于太阳运行速度是不均匀的，使各气节的时段不相等，这比使用平气，即平均每15又7/32日为一气的情况要复杂，同时，也由于节月在历月内推移长短不一，给置闰带来不便。作为一部新颁布的历法，《时宪历》采用了西方的新式技术，比之前所通用的《大统历》更加精准。汤若望向清廷呈献历法的当年，清廷就曾对此历法进行校验，“八月丙辰朔午时，日食二分四十八秒，大学士冯铨，同若望赴观象台测验覆奏，惟新法一一菂合，大统、回回二历俱差时刻”，可见《时宪历》之精准，胜于旧历。
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以上是中国古代历法发展的大体过程。
阴阳合历，可以这么说，起点就比单纯的太阳历或者太阴历更难制定，其中的很多数据更难处理，比如处理闰月，计算日月精确周期，定气等，所以需要古代的天文官具备比较强的计算能力和几何处理能力。
四分历是大约300年就会超出一日，历法和天象就开始错乱了，于是需要不停修历。整体天文架构上，最初以盖天说中的模型为主，处理和计算各类数据。后来以浑天说为准，再到后来引进西方历法的计算和处理方式。
当历法不准时，古人同样能发现其中的问题，但限于数学计算水平，于是采取简单修补的方式来弥补。现代的公历，可以完全依赖于数字计算。而古代的合历，则需要依靠日月天文的实测现象而定，还需要兼容“朔望月相”与“太阳历24节气”的关系，但由于平气法中“月”与真实的“朔望月”之间的误差，造成中气与“真实的月”渐渐偏离，直到误差越来越大。于是通过闰月来处理，但依然会积累误差。
沈括《梦溪笔谈》：
历法见于经者，唯《尧典》言“以闰月定四时成歳”。
置闰之法，自尧时始有，太古以前，又未知如何。
置闰之法，先圣王所遗，固不当议。
然事固有古人所未至而俟后世者，如歳差之类，方出于近世，此固无古今之嫌也。
凡日一出没谓之一日，月一盈亏谓之一月。
以日月纪天，虽定名，然月行二十九日有奇，復与日会；歳十二会而尚有余日。
积三十二月，復余一会，气与朔渐相远，中气不在本月，名实相乘，加一月谓之“闰”。
闰生于不得已，犹暍舍之用磹楔也。
自此气、朔交争，歳年错乱。
四时失位，算数繁猥。
凡积月以为时，四时以成歳，阴阳消长，万物生杀变化之节，皆主于气而已。
但记月之盈亏，都不系歳事之舒惨。
今乃专以朔定十二月，而气反不得主本月这政。
时已谓之春矣，而犹行肃杀之政，则朔在气前者是也。
徒谓之乙歳之春，而实甲歳之冬也；时尚谓之冬也，而已行发生之令，则朔在气后者是也。
徒谓之甲歳之冬，乃实乙歳之春也。
是空名之正、二、三、四反为实，而生杀之实反为寓，而又生闰月之赘疣，此殆古人未之思也。
上文中“积三十二月，復余一会”，也就是采用平气法月之间间隔30又14/32日，而四分历中朔望月天数29又499/940，那么积累大约32个月，差数就能超过一个月了。
所以沈括是主张不看月相，直接用24节气为准，“今为术，莫若用十二气为一年，更不用十二月”。那么几乎是颠覆了合历的初衷，在当时肯定是不会被采纳的。
古代历法的失准判断标准，主要表现在：当朔不朔，比如农历初一，不是朔日。还有日月食的预测失准。
如果目的是要精准地记录时间，并且不能产生较大误差的话，那么无疑公历更好，可以完全依赖于计算。而如果从合历的初衷出发，要尽量去兼容日月甚至五星的运行，来匹配时间的话，那么就必然会比公历的处理手段难得多。古人限于数学计算水平和空间几何的认识，在历法的精确处理上，做的不足，还是直到《时宪历》才彻底改进，这是事实，既然是事实，就得承认其中的不足之处。公历与合历之间的优劣性，本身没有比较性，看你从哪个角度出发看待。
历法的制定工作中所必须的天文观测，主要是两类。一类是测定二十四节气，特别是冬至和夏至的确切时刻；用的仪器是圭表。一类是测定天体在天球上的位置，应用的主要工具是浑仪。圭表中的“表”是一根垂直立在地面的标竿或石柱；“圭”是从表的跟脚上以水平位置伸向北方的一条石板。每当太阳转到正南方向的时候，表影就落在圭面上。量出表影的长度，就可以推算出冬至、夏至等各节气的时刻。表影最长的时候，冬至到了；表影最短的时候，夏至来临了。它是我国创制最古老、使用最熟悉的一种天文仪器。这种仪器看起来极简单，用起来却会遇到几个重大的困难。
首先是表影边缘并不清晰。阴影越靠近边缘越淡，到底什么地方才是影子的尽头，这条界线很难划分清楚。影子的边界不清，影长就量不准确。使用圭表时的第二个难题就是测量影长的技术不够精密。古代量长度的尺一般只能量到分，往下可以估计到厘，即十分之一分。按照千年来的传统方法，测定冬至时表影的长，如果量错一分，就足以使按比例推算出来的冬至时刻有半个至一个时辰的出入。（一个时辰等于两个小时）这是很大的误差。还有，旧圭表只能观测日影。星、月的光弱，旧圭表就不能观测星影和月影。
《授时历》，每月为29.530593日，以无中气之月为闰月。它正式废除了古代的上元积年，而截取近世任意一年为历元，打破了古代制历的习惯，是我国历法史上的第四次大改革。
明初颁行的《大统历》基本上就是《授时历》，如把这两版历法看成一版，可以说是我国历史上施行最久的一版历法，达三百六十四年。
《授时历》为公元1276年（元至元十三年）六月至公元1280年（至元十七年）二月间，许衡、王恂、郭守敬、杨恭懿等在东西六千余里，南北长一万一千余里的广阔地带，建立了二十七所测验站点，进行实测完成（即四海测验）。
为了修订历法，元朝廷修建了观星台，并且进行了有史以来最大规模的天文学实际测量的工作，最北到达了西伯利亚，最南则到达了南海诸岛。
第谷·布拉赫曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系，十七世纪初传入我国后曾一度被接受。第谷所做的观测精度之高，是他同时代的人望尘莫及的。第谷编制的一部恒星表相当准确仍然有价值。
郭守敬与第谷
元至元十七年（1280年），郭守敬继承传统历法并参考了阿拉伯历法编成新历，命名为《授时历》。郭守敬在给元世祖忽必烈的奏报中说，《授时历》对天文数据重新测定七项，对天文计算改革五项。《授时历》推算一回归年长度为365.2425日，这个数据和地球实际绕太阳一周的周期只相差26秒，与南宋统天历相同，也与现代通用的格里高利历相同。格里高利历是1582年罗马教皇格里高利十三世时制定的，比《授时历》晚了300年。
汤若望
1634年，汤若望协助徐光启完成了卷帙浩繁的《崇祯历书》，共计46种137卷。《崇祯历书》的编撰完成，标志着中国天文学从此汇入世界天文学发展的潮流。1645年，他将《崇祯历书》压缩成《西洋新法历书》103卷，进呈摄政王多尔衮。清廷定名为《时宪历》，册面上印有“依西洋新法”五个字，颁行天下，从此成为每年编制历书和各种天文推步的依据，直至现在也是中国编制农历的基础。汤若望被任命为钦天监监正，成为中国历史上的第一个洋监正，开创了清廷任用耶稣会传教士掌管钦天监的将近二百年之久的传统。
《崇祯历书》是我国最早吸收西方先进天文学知识对中国传统历法进行改革的大型学术著作。它全面系统地介绍了西方天文学知识，形成了对中国已相对落后的传统天文学的冲击，使中国天文学的发展从此走上了一条吸收和融合西方天文学为主的新路，对推动中国天文学向近代模式发展有相当重要的作用。《崇祯历书》中详细介绍了西方托勒密和第谷的宇宙体系，对哥白尼的日心体系虽也曾提及，但却认为只有第谷体系才是正确的。这是一种介于哥白尼日心体系和托勒密地心体系之间的折衷学说，它虽然仍认为地球是宇宙的中心，太阳和恒星均是绕地球旋转的，但却认为五大行星是绕太阳旋转的，这就比中国传统的地心体系或当时已在中国得到传播的托勒密地心体系要相对进步一些。
《崇祯历书》中的天文用表均以第谷体系为基础进行编算。也引用了大量第谷的观测资料，其对日、月、五大行星视运动的描述采用了本轮、均轮一整套小轮系统来解决，在一定程度上解释了日月的迟疾和五星的顺逆留合等现象。在计算中使用了几何学，从而使中国历法从传统的代数学体系向西方经典的几何学体系靠拢。它还在我国历史上第一次引进了明确的地球和有关地理经纬度的概念，这样使日食、月食见食情况的推算进了一大步。在推算的手段上，引进了当时西方较为成熟的球面三角和平面三角术。它还采用了西方较精确的天文数据和通行的一些度量单位，如一周天分为360°，度以下用60进位制等。《崇祯历书》中专门叙述到球面三角、平面三角、西洋筹算、比例规等西方数学的著作就有约二十卷，构成了其中的法算部分。这就为历法的精确推算提供了可靠的保证。
历代历法
古六历
颛顼历 - 秦朝、西汉（? - 公元前104年）
汉历（太初历） 三统历 - 西汉、新朝、东汉（公元前104年 - 84年）
四分历 - 东汉（85年 - 220年）、曹魏（220年 - 236年）、东吴（222年）、蜀汉（221年 - 263年）
干象历 - 东吴（223年 - 280年）
景初历 - 曹魏、西晋、东晋、刘宋（237年 - 444年）、北魏（398年 - 451年）
元嘉历 - 刘宋、南齐、南梁（445年 - 509年）
大明历 - 南梁、南陈（510年 - 589年）
三纪历 - 后秦（384年 - 517年）
玄始历 - 北凉（412年 - 439年）、北魏（452年 - 522年）
正光历 - 北魏（523年 - 534年）、东魏（535年 - 539年）、西魏（535年 - 556年）、北周（556年 - 565年）
兴和历 - 东魏（540年 - 550年）
天保历 - 北齐（551年 - 577年）
天和历 - 北周（566年 - 578年）
大象历 - 北周（579年 - 581年）、隋朝（581年 - 583年）
开皇历 - 隋（584年 - 596年）
大业历 - 隋（597年 - 618年）
皇极历
戊寅元历 - 唐朝（619年 - 664年）
麟徳历 - 唐（665年 - 728年）
大衍历 - 唐（729年 - 761年）
五纪历 - 唐（762年 - 783年）
正元历 - 唐（784年 - 806年）
观象历 - 唐（807年 - 821年）
崇玄历 - 唐（893年 - 907年）、后梁、后唐、后晋、后汉、后周（908年 - 955年）
九执历
符天历
调元历 - 后晋（939年 - 943年?）、辽朝（961年? - 993年）
大明历 - 辽（994年 - 1125年）
钦天历 - 后周（956年 - 960年）、北宋（960年 - 963年）
应天历 - 北宋（963年 - 981年）
干元历 - 北宋（981年 - 1001年）
仪天历 - 北宋（1001年 - 1023年）
崇天历 - 北宋（1024年 - 1065年;1068年 - 1075年）
明天历 - 北宋（1065年 - 1068年）
奉元历 - 北宋（1075年 - 1093年）
观天历 - 北宋（1094年 - 1102年）
占天历 - 北宋（1103年 - 1105年）
纪元历 - 北宋、南宋（1106年 - 1135年）
统元历 - 南宋（1136年 - 1167年）
干道历 - 南宋（1168年 - 1176年）
淳熙历 - 南宋（1177年 - 1190年）
会元历 - 南宋（1191年 - 1198年）
统天历 - 南宋（1199年 - 1207年）
开禧历 - 南宋（1208年 - 1251年）
淳祐历 - 南宋（1252年）
会天历 - 南宋（1253年 - 1270年）
成天历 - 南宋（1271年 - 1276年）
大明历 - 金朝（1137年 - 1181年）
重修大明历 - 金、元朝（1182年 - 1280年）
授时历（大统历） - 元、明朝（1281年 - 1644年）
二十四节气的形成
24节气体系的完全形成，可能历经了数千年。最初商周是春秋两季制，二分二至最早被指定，《尧典》也有“闰四时”的描述。到了春秋战国时期，才有了24节气的雏形，当时已经定出了仲春、仲夏、仲秋和仲冬等四个节气。随着时间的推移，这些节气不断地改进与完善，到秦汉年间，二十四节气已完全确立。公元前104年，由邓平等制定的《太初历》，正式把二十四节气订于历法，明确了二十四节气的天文位置。因此，虽然周代已经有了节气的概念，但并没有形成完整的二十四节气系统。
另外，24节气最初也并非约定俗成，只是最后选择了一个最合适的制定比例。比如《管子·幼官》中记录春秋战国时期，齐国根据其位于山东半岛东部的气候特点，将一年分为30个节气，每个节气持续12天。这种划分法在春秋两季各有8个节气，而冬夏两季则各有7个节气，共计30个节气。这种划分方式有利于齐国经济的发展，体现了当时诸侯国根据各自本土气候特点进行节气划分的做法，与全国统一的二十四节气体系不同。
到西汉后，24节气就基本定型了。北齐天文学家张子信发现了太阳运动不均匀，隋代天文学家刘焯提出一种定气法的代数算法，但是没有被采用。直到明末清初，还开始使用定气法。
日晷
1. 使用日晷，无论是何种形式都有一根指时针，这根指时针与地平面的夹角必须与当地的地理纬度相同，并且正确的指向北极星，也就是都有一根与地球自转轴平行的指针。观察这根指针在指定区域内的投影，就能确定时间。
2. 由于日晷必须依赖日照，不能用于阴天和黑夜。因此，单用日晷来计时是不够的，还需要其他种类的计时器，如水钟，来与之相配。
3. 春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，晷针的影子投向晷面的下方。所以在春分以后看晷盘的上面；秋分以后看晷盘的下面（赤道式日晷）。
28宿
最初没有黄道，赤道的叫法，最初叫“去极度，入宿度”。所谓去极度，是天体距离北极星的度数。实际上这个度数就是赤纬的余角。如图B星，PB为“去极度”。
所谓入宿度就似乎太阳或者月亮或者某个行星深入某个星宿的度数。这和目前的时角计量不一样，入宿度是每个星宿重头计量的。那么怎么算是进入某个星宿呢？这个就要引入一个概念，叫做距星。距星是从某个星宿中挑选出来的一颗星。就像土地上有界碑一样，距星是天上的界碑。距星把整个天空划分成28个瓜瓣状的区域。当然这些区域有大有小，最大的有三十多度，而最小的只有半度。如图，A为二十八宿距星，B为另一星体，过A、B的赤经圈分别交赤道于a，b，则B星的入宿度为弧ab。
古人就把天体的运动都转化为度数。而这个度数体系，就是我们现在使用的赤道坐标系统。
中国古代历法的五个阶段：观象授时、平运动计算、代数方法变速运动、托勒密本轮均轮体系、地心椭圆体系。
观象授时：最古老，最简单也最粗糙的时期，比如太阴历的部落观察月相的朔月，来判定月初，再月尾观测新月，判定一个月的天数。《夏小正》：四月：昴则见。初昏南门正。就是通过昴星团和南门星来断定季节，还有“六月：初昏斗柄正在上。”就是通过北斗星的斗柄来判断。这都是非常早的时期，通过观象来大体判断时间。因为暂无能力进行到计算层面。
平运动计算：当天文水平开始进步，已经能掌握一些天文周期后，在观象授时的基础上，开始通过计算来制定历法。如朔望月的长度，回归年的长度，如何设置闰月等，此时从四分历开始，就进入了这个阶段，并且持续了非常长的时间。处理方式基本为平气法，大多数的天体假定为均速运动状态，使用平均运动来计算天文现象。后来南北朝的天文学家张子信，大约在公元565年前后，敏锐地发现了关于太阳运动不均匀性、五星运动不均匀性和月亮视差对日食的影响的现象，同时提出了相应的计算方法，这在中国古代天文学史上是具有划时代意义的事件。
代数方法变速运动：当历法计时不断进行，理论与实际之间，随着时间的推移，不断地发现有误差，不精准。到隋唐时期，乃至后来的宋代，人们已经不使用平均速度来计算天体运动了。人们使用一种表格记录太阳运动快慢的规律，通过代数方法把各个不均匀的运动修正了。
托勒密本轮均轮体系：到明代末期，中国的天文学水平已经落后于欧洲。崇祯皇帝在位的时候，伽利略已经使用望远镜观测了月球，发现了木星的卫星。这个时候中国的天文学家和西方的传教士进行了多次较量，最后以中国的天文学落后为结果，失去了中国天文学在历史舞台上的地位。以《崇祯历书》为代表的西方天文学正式进入中国。《崇祯历书》和后来清代的《时宪历》是一个东西，它里面很多内容是基于托勒密的本轮均轮体系。实际上是经过第谷改良的——这并不是一个严格的地心体系，而是以太阳和月亮围绕地球转，几个行星围绕太阳转。这种体系，在西方地位不太重要，因为提出不久，开普勒更加完善的行星运动理论就提出了。但是在东方舞台上曾经统治了相当长的时间。
地心椭圆体系：在清代雍正、乾隆年间，人们觉得第谷的模型也是不够用的。于是又通过传教士引入了欧洲的地心椭圆体系，也就是开普勒的模型。开普勒的行星运行定律和一些牛顿的力学定律被引入了天文历法之中。这是我国古代天文历法的最后一个阶段，从清中期一直到清末。