中國(guó)古代天文歷法至唐代走向成熟，其主要標(biāo)志是歷法進(jìn)一步規(guī)范，歷術(shù)進(jìn)步，發(fā)現(xiàn)歷法與實(shí)際天象出現(xiàn)較大誤差后能及時(shí)編造新歷，并出現(xiàn)了許多很有特色的歷法。

李淵建唐之初，沿用隋《大業(yè)歷》。武德二年(619)又頒用傅仁均的《戊寅元?dú)v》，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)歷史上第一個(gè)在民用歷中采用定朔法的歷法。該歷關(guān)于日行盈縮、月行遲疾等計(jì)算方法，與大業(yè)歷大致相同。但采用定朔法可能會(huì)出現(xiàn)連大月或連小月的特殊現(xiàn)象，如貞觀十九年(645)出現(xiàn)了四個(gè)連大月，因而《戊寅元?dú)v》受到攻擊，不得已又改用平朔，失去了其歷法的特征。唐高宗麟德二年(665)起，頒用李淳風(fēng)編造的《麟德歷》。《麟德歷》是一部著名的歷法，有不少創(chuàng)新，在中國(guó)歷法史上占有重要地位。該歷再次采用定朔并獨(dú)創(chuàng)了一種進(jìn)朔法，即根據(jù)朔日小余數(shù)據(jù)的具體情況，將朔日上退一日或下推一日，使相應(yīng)大月變成小月或小月變成大月，從而解決了出現(xiàn)連續(xù)四個(gè)大月或三個(gè)小月的違反日常習(xí)慣的問(wèn)題。《麟德歷》還采用“總法”1340作為各天文數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分母，立法巧捷，為后世歷家所遵用。《麟德歷》的又一創(chuàng)舉是正式廢除沿襲已久的章蔀紀(jì)元之法，不用閏周而直接以無(wú)中氣之月置閏。由于該歷是以《皇極歷》為基礎(chǔ)而編制的，在推算五星運(yùn)動(dòng)時(shí)考慮到日月五星的不均勻運(yùn)動(dòng)，并吸取了《皇極歷》的先進(jìn)計(jì)算方法，且所得數(shù)據(jù)更為精確。《麟德歷》的主要缺點(diǎn)是沒(méi)有在歷法中考慮歲差。這部歷法雖然是比較好的歷法，但畢竟存在誤差。《麟德歷》用到開(kāi)元九年(721)已顯疏漏，于是唐玄宗詔令一行編撰新歷，于開(kāi)元十五年編成《大衍歷》。這年十月，一行隨玄宗巡幸途中病逝。開(kāi)元十七年(729)，《大衍歷》正式頒行全國(guó)。

《大衍歷》分“歷議”和“歷術(shù)”兩大部分，歷議論述編歷的原理，歷術(shù)則又細(xì)分為步中朔術(shù)、發(fā)斂術(shù)、步日躔術(shù)、步月離術(shù)、步軌漏術(shù)、步交會(huì)術(shù)和步五星術(shù)等，這些是說(shuō)明計(jì)算日月五星位置、運(yùn)動(dòng)、時(shí)刻和日月交食的方法。為了取得制歷的數(shù)據(jù)，一行組織了大規(guī)模的天文測(cè)量，研制了新的天文儀器，測(cè)量了二十八宿距星及許多恒星的位置，對(duì)日月五星進(jìn)行了大量的新的觀測(cè)，從而使《大衍歷》有了深厚的觀測(cè)基礎(chǔ)。通過(guò)觀測(cè)，一行發(fā)現(xiàn)：“日南至，日行最急，急而漸損，至春分及中，而后遲。至北日至，其行最舒，而漸益之，以至秋分，又及中，而后益急”，也就是說(shuō)冬至?xí)r日行最急，夏至?xí)r日行最緩。這是對(duì)太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)比較正確的認(rèn)識(shí)，改正了劉焯以春分前一日日行最急，后一日最舒：秋分前一日最舒，后一日最急的錯(cuò)誤說(shuō)法。《大衍歷》的重要成就還有在計(jì)算太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)創(chuàng)用定氣法，發(fā)明不等間距二次差內(nèi)插法的數(shù)學(xué)方法，用以計(jì)算太陽(yáng)的位置等。與《皇極歷》相比，《大衍歷》在計(jì)算日食的時(shí)候，不但考慮了不同地理緯度對(duì)日食的影響，還考慮了季節(jié)的影響，月亮視差對(duì)日食的影響等，并提出判別日食虧起方位角的方法。《大衍歷》也吸收了《麟德歷》的數(shù)學(xué)技巧，以3040為通法，從而得到：1回歸年=日;1朔望月=日;1周天=度的基本數(shù)據(jù)。《大衍歷》完善的體系為以后各制歷家所效仿。

公元762年，因《大衍歷》未報(bào)代宗寶應(yīng)元年六月望的月食，改頒郭獻(xiàn)之編修的《五紀(jì)歷》。建中四年(783)，又以《正元?dú)v》替代了《五紀(jì)歷》。821年起頒行徐昂編撰的《宣明歷》。《宣明歷》有一些新發(fā)現(xiàn)和新成就，如在日食計(jì)算中引出時(shí)差、氣差和刻差三差，所用近點(diǎn)月與交點(diǎn)月的數(shù)值與今采用值相同，是一部較好的歷法。唐代最后使用的一部歷法是邊岡編撰的《崇玄歷》，昭宗景福二年(893)頒行。