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在那些观测天文学家中，最值得一说的是阿里斯塔克斯、厄拉多塞和喜帕恰斯。
阿里斯塔克斯（公元前310～前230 年）生于爱琴海中的萨摩斯岛，曾就学于雅典学园。他不但是一个精细的观察者，而且还是一位天才的理论家。
他对宇宙的看法与众不同。他认为太阳和恒星都是不动的，地球和行星围绕着太阳旋转，地球又绕自己的轴每天自转一周。他还认为，我们在地球上看不出恒星相对位置的变化，是因为恒星与地球的距离比起地球运动的轨道大得多的缘故。阿里斯塔克斯的这种理论与后来的哥白尼的太阳中心说已十分接近。但是他不但不被人所理解，并且当即就认为是渎神，因此他受到了控告。
阿里斯塔克斯还有一项历史性的贡献，就是运用几何论证法测定太阳和月球对地球的近似比值。这个方法在理论上很巧妙，但由于仪器和其它因素的限制，测出的数据不够准确。现在我们来介绍这一方法。这一方法是，设太阳、地球、月亮为WTXT S、E、M 在月亮正好是半圆时，此时太阳光线直射到月亮上，那么此时的∠EMS=90°，那么△SME 是直角三角形。这时，阿里斯塔克斯又利用仪器测得∠MES 为87°，再用正弦函数,即可算出太阳到地球（即ES）和地球到月亮（即EM）的比值。他算出的结果是ES：EM≈18～20 之间。比值算出后，如果已知月地距离EM，那么MS 也就得出。这个方法的原理是如此简明，所以直到1800 年还在为天文学家所用。阿里斯塔克斯算出的结果和现代精确的结果相比，相差很大，但他的开创性的工作是很有意义的，他为后来者奠定了牢固的基础。
在他之后，哲学家、诗人、天文学家厄拉多塞对天文学的发展也作出了重大贡献。
厄拉多塞（前275～前195）生于利比亚。曾就学于亚力山大、雅典等城市，他是阿基米德的朋友。在公元前225 年担任亚力山大图书馆的馆长。厄拉多塞在担任馆长期间，在学院的走廊里装上用来做天文观测的浑仪。其中有一个用来演示黄道（地绕日每年运动的平面）和赤道（赤道平面）的相交情况。他最杰出的成就就是测量地球的周长，这个测量的方法极其简单，但得出的结果却很精确。他选择了纬度不同的两个城市，一个是埃及的塞恩，另一个是亚历山大城。夏至这一天，他和助手分别同时在两个城市测量太阳的角度。当天在塞恩，阳光直射入井底；而在亚历山大城，这个角度为7.2°。厄拉多塞明白，这个角就同两城的纬度之差相对应。
于是他断言：地球的周长就等于塞恩和亚历山大城的距离（5000）乘上360°／7.2°，求得地球周长是25 万希腊里。而25 万希腊里折成公制即是39600 公里，同现在的40000 公里相差无几，这真是令人惊叹不已。
在厄拉多塞之后一百多年，又出现了一位被誉为“天文学之父”的伟大科学家。他就是喜帕恰斯。
喜帕恰斯（前190～前125）生于毕迪尼亚，他是古希腊著名的天文学家、地理学家、数学家。他曾长期在罗得岛上进行天文观测。可惜他的许多重要著作已遗失。这位天文学家之父，为方位天文学奠定了稳固的基础。他从古代观测的研究中得出四季长短不等的结论。他的年误差只有6 分钟。他还用视差法，求出月地距离。就是在月食时用月球的视直径和地球影子的直径相比较，从而运用三角形方法计算出月地距离。喜帕恰斯还把几个世纪内太阳和月亮的运动编成精密的数学表，用这些表来推算月食和日食。这个工作是以前许多代学者曾经努力，但没能取得成功的。他还为了测量的需要，创造了当时完全不知道的三角学，甚至球面三角学。
大约在公元前130 年左右，有一颗新星爆发，这件事促使了喜帕恰斯编造了西方历史上第一个记载恒星的星表。他对这些恒星在天球上的位置做了精密的测量，目的是将来有奇异的天象出现时，能够确定其位置，同时也能发现恒星间的相对的运动。事实上他的确通过这一工作发现了恒星运动。喜帕恰斯制成的这个星表共包含1025 颗星，记载了恒星在星座间的分布和它们的亮度。他的后继者托勒密把它抄写在自己的著作里。喜帕恰斯不愧为知识上的巨人，他还发现以经纬度测定地球上地点的方法和由极点向赤道面投影的制图法。他将前人的观测和自己的星表相比较，又发现了分点岁差。他指出，这种岁差是由于黄道和赤道的交点缓慢移动所产生的。喜帕恰斯给后代留下了大量的行星观测资料和对各个行星的观测数据表，可以说，这是天文界不可多得的宝贵财富。但遗憾的是他一方面奠定了天文学基础，另一方面又为地心说开辟了道路。他认为，地球是宇宙的中心，日月星辰等每一个天体都有一个轨道，即“本轮”上运动，而这轨道又在一个更大的轨道即“均轮”上围绕地球运动。
喜帕恰斯的这种错误理论指导着从托勒密（后面将要说到）到第谷的许多杰出天文学家的工作，统治天文学界达1600 年之久。所以在天文学之父的喜帕恰斯身上，我们可以看到双向性结局，这也许是古代天文学上致命的弱点。
古希腊在天文学上成绩巨大，与其他文明古国相比，它的理论性最强，体系也最为完整、科学，方法上也达到了古代的高峰，它的影响也是具有深远意义的。
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