清代观象台比明代有很大的进步，如增加了仪器，改换了刻度等，以适应新的天文理论和天象观测的需要。康熙八年（1669）清政府命南怀仁督造新仪，并于康熙十二年制成六件大型天文仪器，计有赤道经纬仪（用于测量天体的赤经差和赤纬）、黄道经纬仪（测量黄经差和黄纬）、地平经仪[测量地平经度（方位角）]、地平纬仪（又称象限仪，用于测量天体的地平纬度）、纪限仪（测量二天体之间的角距离）与天体仪（即天球仪，相当于古代的浑象，可用于演示或推算天体位置以及出没和中天时刻等）。南怀仁还写成《灵台仪象志》一书，说明上述仪器的原理及使用方法，末附一份全天星表，他也因此而被提升为钦天监监正。康熙五十四年（1715），法国传教士纪利安又造地平经纬仪，并为了安装它而重新调整了观象台上陈列的其他仪器。这件仪器实际上是地平经仪和地平纬仪两仪的组合。清观象台上最后安装的一件大型仪器叫玑衡抚辰仪（用法与赤道经纬仪相同，但可直接测量赤道经纬度），于乾隆九年（1744）由德国传教士戴进贤主持开始制造，乾隆十九年竣工，是八件仪器中最有中国传统风格的一种。玑衡抚辰仪仿照古代浑仪的结构，制作精美，分度刻划准确，而刻度则如其他仪器，为一圆周360度制。以上八件天文仪器至今仍保存在北京古观象台上。这些仪器总的来说仍旧在古典天文学的框架内。与我国传统的天文仪器相比，其改进之处在于它们在设计制造和安装方面比较精细；采用了西方通行的360度制和60进位制；刻度盘上加有游标，提高了读数精度；黄道经纬仪上装设有黄极圈等，另外，纪限仪是过去所没有的。这些古色古香大多带有欧洲风格的天文仪器，并没有装置当时西方已广泛使用的望远镜，所以它们虽可用于一般观测，编制和校验历法，但作为天体研究的工具，则已是远远地落后了。