北京古观象台是明清二代的皇家天文台，担负着观测天象、编算历书的重任。在我国封建社会里，颁历和解释天象乃是皇权的象征，所以司天重地是一般人不能擅入的禁苑。
北京古天文台最早可上溯到700多年前的金代。金灭宋以后，建都北京，称为“中都”，城址在现广安门一带。为了进行天文观测，将北宋开封的天文仪器运到北京，这就是北京有天文台以来最早的一批仪器。
元灭金后，称北京为“大都”，并重建新城，在新城东南角建天文台。元大都的南城墙约相当于现在的东西长安街，故这个天文台大约就在现今建国门古观象台北侧不远的地方。元大都天文台上的仪器由著名天文学家郭守敬等人研制，而北宋的仪器放在金朝的天文台（当时称清台）上就被遗弃不用了。
我们现在见到的建国门古观象台，首建于明代正统年间。明代开国时定都于南京，司天台设在南京城内的鸡鸣寺山上，将元代的仪器及宋金旧仪都从北京运到了南京。燕王朱棣迁都北京后，永乐年间忙于营建故宫等宫廷建筑，无暇兴建天文台，只用临时的仪器进行观测，到正统年间才开始在元大都城东南角楼旧址兴建观象台，在台下建晷影堂等一组建筑，使观象台初具现在所见的规模。又依元代郭守敬的仪器式样，从南京做成木模到北京仿铸仪器安装于台上。
清代对明代观象台上的仪器进行了彻底的改造，所有明代仪器都在康熙乾隆年间全部撤下，换成掺有西方天文学影响的8件天文仪器。8件仪器中有6件铸于1673年（康熙十二年），一件铸于1715年（康熙五十四年），一件铸于1744年（乾隆九年）。现在仍存放在北京建国门古观象台上。
最初的6件仪器是由比利时传教士南怀仁主持铸造的。此时，欧洲传教士同杨光先为代表的中国守旧势力经过了一场殊死的斗争，汤若望于康熙五年（1666）死于狱中，清钦天监由杨光先和吴明烜负责主持，但他们不懂历法，经常出现错误。康熙七年（1668）冬，康熙帝令内院大学士图海等20人至观象台测验1669年立春、雨水时刻，月亮和火木二行星位置。结果南怀仁预推位置与天象符合，而钦天监吴明烜等人所推失实。康熙帝遂命南怀仁负责“治理历法”，推算1670年历书，而杨光先被革职。南怀仁提出应制造新式天文仪器，于是从1669至1673年共铸成6件。为了说明新仪的结构、原理、安装和使用方法，南怀仁编撰了《灵台仪象志》一书，参加工作的还有钦天监官员、天文生等30人，于1674年正月二十九日奏报清政府。
《灵台仪象志》全书16卷。卷首有南怀仁写的序言一篇、奏表一篇，前4卷为文字，中10卷为表格，末2卷为配图。
序言和奏表主要讲述三个问题，即制仪、撰书的缘起，以地球为中心的七政运行结构，仪器制造、安装和使用之困难，寓意做成此事实在不易。
文字部分主要有四个内容，包括仪器、力学和运动学、光学及地学。仪器方面讲新制六仪按赤道、黄道、地平三种坐标体系构思，又加天体仪为天空的总体显示，纪限仪是三种坐标体系之外测任二星角距离的仪器。详述六仪的结构、用途、使用方法，刻度游标使读数精度提高的原理。阐述了用不同坐标体系的仪器测量同一天体坐标互为吻合的道理。同时评价我国古代天文仪器的制造是“从来创仪者多用心于缀饰，而罕加意于适用”，这一评价看来是值得商榷的。
力学和运动学方面主要有杠杆及材料断裂问题，物质的比重，物体之重心，滑轮省力，螺旋的作用，垂线球仪即单摆的知识，单摆的等时性，周期与振幅无关、周期平方同摆线长度成正比，作为单摆计时的例子，介绍自由落体的行程与时间平方成正比等。
光学方面有颜色的合成，日光通过三棱玻璃被分解成各色光，光线在不同介质分界面上的折射，给出入射角与折射角的对应表。
地学方面主要有测地半径法，测某地南北线的方法，罗经偏角，长距离水平测量要考虑地球曲率，测云高法，气、水、火、土四元素说，气温计和湿度计的原理及结构，地面上经纬度差与距离的换算表，不同纬圈上1度与赤道1度长的比例表，度、分、秒与里的换算表等。
表格部分主要是1800多个恒星的黄道和赤道经纬度表，黄赤二道坐标换算表，赤道地平二坐标换算表等。
插图部分共117幅，是制造新仪和讲述上面知识时所用的插图，为便于理解文意而作，是颇有价值的一部分。
清初新制六仪全部属于古典仪器，没有装配望远镜，凭肉眼观察，用途均属方位天文和实用天文方面。其设计思想按欧洲古典的第谷式，功能单一，要测的各种坐标单独铸仪，因而仪器结构简单，打破了中国古典仪器环圈叠套、各种坐标共于一仪的传统，既便于观测，也不遮掩天区。刻度装有游标，提高读数精度。这些都比传统的中国古典仪器先进。
但是，当时世界上天文仪器的制造已抛弃了古典体系，积极进行折射望远镜的改革和反射望远镜的研制。在南怀仁的时代，欧洲各国相继制成多架长焦距的折射镜，研究设计出三种光路的反射镜系统，发明了动丝测微器，可在望远镜视场里测微小角距，设计了新的计时器摆钟等。与南怀仁在北京铸造新仪的同时，欧洲各国纷纷建立综合性的近代天文台，如1669年法国聘请意大利天文学家卡西尼主持巴黎天文台的建设，1675年英国由弗兰斯梯德主持格林威治天文台的建设等。
看看欧洲同时代的天文仪器进展，比比南怀仁在北京制造的6件古典式仪器，其差距之大自不必说了。当然南怀仁对欧洲的新进展不一定完全知晓，但在他动身来华的1658年，欧洲天文学观测已普遍使用望远镜，在中国也曾制造过望远镜，出版过介绍望远镜的书，就在《灵台仪象志》里也引用了汤若望《远镜说》中介绍的望远镜知识和观测结果，这些是南怀仁很了解的。
因此，这6件仪器的地位应该是：它们比中国传统的古典天文仪器有进步之处，但在当时世界上已属落后之列。
《灵台仪象志》的绝大部分篇幅用在星表和坐标换算表方面。关于星表，北京天文馆的伊世同在其著作《中西对照恒星图表》的编后记中已有确当的评述，它属于明末《崇祯历书》星表的系统，对清代中后期恒星命名的影响较少。书中黄道星表历元1672.0，系取自《崇祯历书》星表，仅在其黄经值上加37分作为岁差改正而得，黄纬值完全相同。其赤道星表历元1673.0，看来不是依《崇祯历书》星表加岁差改正得来的，可能是据黄道星表换算或查表所得。
根据对表格部分的初步考察，《灵台仪象志》中的星表和换表是一份颇有差错、又不太完整的资料（如赤黄换算表仅给出黄纬零度到±9度的值），这可能跟当时成书仓促有关。书中曾讲到这些表是以曲线三角形之理编出来的，但又没有说明所用的公式，用的人只知其然而不知其所以然，且表中一些错误的数据未得纠正，看来均未经过实测校验。书中表格为一些特殊情况下的值，又不完整，不能满足实际工作的需要，因而不可能是供实际应用的表。
《灵台仪象志》介绍的力学和运动学知识已有严敦杰先生的详细论述，见《科学史集刊》第七册（1964）。这些内容大部分译自伽利略的《力学》和《关于两门新科学（力学和弹性学）的对话和数学证明》两书。由于明末邓玉函、王征的《远西奇器图说》和清初南怀仁的工作，伽利略的一些力学、运动学成果在我国得到早期传播。
书中介绍的光学知识主要为折射现象，这一现象在汤若望的《远镜说》里已有介绍，南怀仁进一步给出了不同介质分界面上入射角与折射角的对应表，这是认识折射规律的重要步骤。1985年王冰著文详细分析了折射定律的认识过程，评价了南怀仁的贡献，认为该书介绍了17世纪初以前西方对折射现象的认识和定量结果，使我国对折射现象的认识从定性阶段进入定量阶段，但是该书的出版距折射定律的发现几近半个世纪，却未正确介绍这一定律，暴露了传教士来华带来西方科学知识的局限性。
《灵台仪象志》还首次向中国介绍了温度计（气温计）和湿度计的制造原理和方法，其中气温计的知识是17世纪早期的成果，而湿度计的知识要比西方书籍中记述的同类作品为早，这是应予肯定的。
总的看来，《灵台仪象志》虽有一些不足之处，但是该书在当时的中国出现还是一件有价值的事，它在中国天文学史、天文仪器制造史上都有一定的地位。书中的科学插图，比北宋的《新仪象法要》要详细丰富。在其他知识方面，也不愧为最早向中国传送西方科学技术知识的书籍之一。
《灵台仪象志》星表是明末清初我国星表系统的代表之一。在中国历史上全天星表都是以入宿度和去极度来表示的赤道坐标系统，而该星表改变了这一传统，又新增黄道和地平两个系统，且几种坐标系统可以互换。这也就向中国介绍了一种新的测量思想和方法，即通过不同坐标系统的仪器分别进行多次测量而互相校核，可以提高天文测量的精度。不足的是该书在球面三角公式已传入中国之后未能讲明利用这些公式进行坐标换算的方法，以卷帙浩繁的表格代替基本换算公式，即使读者不知其所以然的使用，也减低了表格的实用价值。
南怀仁设计制造6件大型天文仪器，编撰《灵台仪象志》一书，使清代观象台初具规模，赢得了康熙帝的欢心。在这一工作中，南怀仁巩固了他本人的地位，甚至也奠定了其后传教士在清钦天监中领导地位的基础。同时，这对中国天文界继续接受西方近代天文学知识，转变到新的天文学道路上来也有其积极意义。
