古代人最感兴趣的是日月星辰是怎样构成、如何运动的。托勒密是第一个系统研究这些问题并作出成就的科学家。
托勒密生活的时代是古希腊后期，当时罗马人占领了许多希腊城邦，希腊的科学文化迅速向外传播。托勒密就出生在深受希腊文化影响的埃及城市托勒密城中。
托勒密在继承亚里士多德等人学说的基础上，通过大量的天文观测和大地测量，创立了宇宙结构学说，写成了13卷本的巨著《天文大全》。书中，他把前人提出的地球是宇宙中心的观点，进一步发挥和系统总结。托勒密的行星体系学说，肯定了大地是一个悬空的没有支柱的球体，并且从恒星天体中区分出行星和日、月是离我们较近的一群天体，迈出了把太阳系从众星中识别出来的关键一步。托勒密经过系统的天文观测和计算，编制成包括1028颗恒星的位置表，测算出月球到地球的平均距离为29.5倍地球直径，这个数值在古代是相当了不起的。这样有规律的行星体系是托勒密学说的核心和精华，对推动人类文明进步起到了巨大的作用。
托勒密博学多才，有许多著作流传后世。除了天文学外，他还是位数学家、光学家、地理学家和地图学家。在他之前，地图上的东面只画到印度的恒河为止，而他绘制出了一幅从中国到西欧、从俄国到埃及的世界地图。托勒密对光的折射进行了卓有成效的研究，总结出入射角和折射角成正比。他还用数学方法继续进行研究，已经走到折射定律的面前，可惜未发现它。结果折射定律直到17世纪才由荷兰数学家斯聂尔发现。