Les sciences grecques tentèrent de comprendre le monde et de l’expliquer :

• les philosophes Parménide, Platon, et Aristote avaient intégré l’idée d’une Terre sphérique, mais ils la voyaient au centre de l’Univers physique, alors que l’école de Milet se représentait la Terre plate ;
• Ératosthène tenta de réaliser des calculs précis, notamment la mesure de la circonférence d’un méridien terrestre ;
• Aristarque de Samos est le premier à envisager un modèle de système planétaire héliocentré. Cette découverte ne fut alors pas suivie², pour des raisons philosophiques surtout parce qu’une telle cosmologie est en désaccord avec la conception géocentrée du monde qui était retenue par de grands philosophes comme Parménide, Platon, et Aristote. Il calcule aussi la distance Terre–Lune pour laquelle il trouve une valeur discutée, mais qui se situe en tout état de cause dans un ordre de grandeur acceptable³, ainsi qu’une distance Terre-Soleil ;
• Hipparque poursuit ce travail : il recalcule, selon des méthodes nouvelles, la distance Terre-Soleil ainsi que la distance Terre-Lune (pour laquelle il retient la valeur de 67 1/3 rayons terrestres, contre 60,2 en réalité), recense 1 500 étoiles, retrouve approximativement la période de précession des équinoxes, qui était déjà connue des Babyloniens.^{[réf. nécessaire]}
• Ptolémée poursuit le travail d’Hipparque. Son Almageste sera la référence astronomique essentielle pendant treize siècles.

Ces connaissances du monde grec perdurèrent et influencèrent les sciences arabes après l’effondrement de l’Empire romain d’Occident. Elles restèrent présentes en Orient (particulièrement, avec des hauts et des bas, à Byzance), même si Cosmas d’Alexandrie tente, sans succès, de restaurer le modèle d’un monde plat.

La Renaissance porte à son apogée cette représentation du monde, grâce aux explorations et aux grandes découvertes qui eurent lieu du xiii^e au xvi^e siècles, à partir de systèmes géographiques et cosmologiques très élaborés (projection de Mercator).

La révolution copernicienne bouleverse cette cosmologie en trois étapes :

1. Copernic redécouvre l’héliocentrisme. Toutefois, cette redécouverte n’est que partiellement révolutionnaire : en effet, Copernic reste attaché aux sphères transparentes du modèle d’Aristote (pourtant délaissé par Ptolémée) censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ; il présente son système comme un simple artifice destiné à simplifier les calculs.
2. Le dominicain Giordano Bruno défend la réalité du modèle héliocentrique et l’étend à toutes les étoiles, ouvrant la dimension de l’Univers physique à l’infini. Il sera brûlé au bûcher en tant qu’hérétique non pour des raisons scientifiques, mais religieuses.
3. Kepler, Galilée et Newton posent les bases fondamentales de la mécanique à partir du mouvement des planètes, grâce à leurs études respectivement du mouvement elliptique des planètes autour du Soleil, l’affinement des observations astronomiques avec la définition du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force de gravité. L’Univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire.

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Des modèles physiques tels que la sphère armillaire ou l’astrolabe ont été élaborés. Ils permettent d’enseigner et de calculer la position des astres dans le ciel visible. Aujourd’hui encore, la carte du ciel mobile aide les astronomes amateurs à se repérer dans le ciel, c’est une réincarnation de l’astrolabe.

L’Univers est l’ensemble de tout ce qui existe, régi par un certain nombre de lois.

La cosmologie cherche à appréhender l’Univers d’un point de vue scientifique, comme l’ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l’espace. Pour sa part, la cosmogonie vise à établir une théorie de la création de l’Univers sur des bases philosophiques ou religieuses. La différence entre ces deux définitions n’empêche pas nombre de physiciens d’avoir une conception finaliste de l’univers : voir à ce sujet le Principe anthropique.

Si l’on veut faire correspondre le mouvement des galaxies avec les lois physiques telles qu’on les conçoit actuellement, on peut considérer que l’on n’accède par l’expérience qu’à une faible partie de la matière de l’Univers¹, le reste se composant de matière noire. Par ailleurs, pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’univers, il faut également introduire le concept d’énergie sombre. Plusieurs modèles alternatifs ont été proposés pour faire correspondre les équations et nos observations en prenant d’autres approches.