至元九年（1272）元世祖决定迁都，改原中都为大都。到达大都后他网罗天文人才，除原金朝、宋朝司天监的人员外，还召来了一些当时著名的天文学家，刘秉忠就是其中之一。刘秉忠曾创办书院，从事数学、天文学的教育，王恂、郭守敬等都师从于他。他向忽必烈提出改历建议，并推荐了王恂和郭守敬等治历人才。郭守敬有句名言：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”（《元史·郭守敬传》）他的话得到参加治历的同仁们的赞同，也得到了元世祖的全力支持，于是他为治新历先制新仪，全力投入大都天文台的建设工作中。
　　至元十六年（1279）修建大都司天台，地点选择在元大都东城墙下。据《元文类》卷十七杨桓的《太史院铭》，可知这不仅是元代太史院的办公之处，而且也是一个规模庞大的天文台。台高七丈，分三层，院墙长约123米，宽约92米。最高层是观测台，上有简仪、仰仪、圭表和玲珑仪；中间一层八个方位有八间房，分别放置图书资料、星图、浑象、计时漏壶等，是作观测准备和进行天文研究的专用工作间；下面一层是管理人员、工作人员的办公室以及仪器设备的储藏室，可见其设计周密，设备完善。
　　司天台最高层的仪器都是郭守敬设计制造的，都是极为出色的天文仪器，其中首推简仪。简仪是对古代浑仪进行重大革新后面貌完全改变了的测量仪器。它不拘泥于用浑圆的外形表示天球，不再是将天球上的大圆分层用圆环表示的古老形态。虽然它的测量结果仍与浑仪一样是天体的赤道坐标，但其使用更为简捷方便。简仪至少有下列六种创新：（1）这是世界上第一台由高低支架构成的赤道仪，贯穿于高低支架上的仪器转动轴就是极轴，测量部分可绕极轴旋转。现代天体望远镜的英国式赤道装置，其实就是从简仪结构中脱胎而来，不同的只是置于极轴上的观测部分换成了望远镜；（2）简仪充分利用空间，在高架下面安装有测量地平坐标的立运仪，成为一仪多用的综合性仪器；（3）仪器附加有安装调整使用的附属设备，如底座上有水槽可用于调整支架放置的水平，有正方案可保证仪器的极轴调整在子午面内，有候极仪可用于调整仪器的极轴高度，使极轴与观测点的地理纬度一致；[Page]