Необходимость счёта времени приводила к установлению календарных систем, которые требовали определённых знаний в области астрономии. Целый ряд астрономических знаний был накоплен уже в шумеро-аккадскую эпоху, от которой сохранился большой астрономический труд, содержащий множество астрономических наблюдений, в частности представление о четырёх странах света. Эти астрономические сведения были довольно широко распространены. Так, например, в состав некоторых имён входили названия планет. Шумерийские и вавилонские жрецы-астрономы наблюдали движение небесных светил с высоты своих обсерваторий, которые обычно помещались на верхних площадках семиступенных храмовых башен-зиккуратов. Развалины этих башен были найдены во всех древних городах Двуречья: в Уре, Уруке, Нишгуре, Аккаде, Вавилоне и др. Многовековые астрономические наблюдения дали возможность накопить многочисленные знания. Вавилонские жрецы умели отличать звёзды от пяти планет, которым были даны особые названия. Были известны орбиты планет. Всё звёздное небо было разбито на 15 частей, начиная с весенней точки зодиака. Звёзды были распределены по созвездиям. Была установлена эклиптика, которую разделили на 12 частей и соответственно на 12 зодиакальных созвездий, названия которых сохранились до позднего времени. В официальных документах регистрировали наблюдения над планетами, звёздами, кометами и метеорами, солнечными и лунными затмениями. О высоком уровне развития астрономии говорят наблюдение и регистрирование моментов кульминации различных звёзд, а также уменье вычислять промежутки времени, их разделяющие. Наивысшие достижения вавилонской астрономии относятся к VIII—VI вв. до н. э., когда вавилонские жрецы-астрономы накопили большое количество астрономических знаний, имели представление о прецессии (предварение равноденствий) и даже предсказывали затмения.
Элементарные знания в области астрономии позволили вавилонским жрецам построить своеобразную систему календаря, отчасти основанного на постоянных наблюдениях лунных фаз. Основными календарными единицами счёта времени были сутки, лунный месяц и год, состоявший из 354 дней. Сутки делились на три стражи ночи и три стражи дня, причём началом суток обычно считался момент захода солнца. Одновременно с этим сутки делились на 12 часов, а каждый час на 30 минут. Таким образом, сутки делились на 12 больших и 360 малых единиц, что соответствует шестиричной системе счисления, лежащей в основе вавилонской математики, астрономии и календарной системы. Очевидно, и в календаре нашла своё отражение попытка деления круга, суток и года на 12 больших и 360 малых частей. Начало каждого лунного месяца и соответственно с этим его продолжительность устанавливались каждый раз эмпирически, специальными астрономическими наблюдениями, так как каждый месяц должен был начинаться в день новолуния. Различие между гражданским календарным годом и тропическим равнялось 11 с лишним дням (точно 11 дней 5 часов 48 минут 46 секунд). Эта ошибка время от времени исправлялась при помощи вставки добавочного месяца, что в эпоху Хаммурапи производилось особым распоряжением центральной государственной власти.