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哥白尼出生在波兰维斯杜拉河畔的托伦城。他所处的时代，正是欧洲黑暗的中世纪的末期，亚里士多德—托勒玫的地心说早已被基督教篡改为基督教义的支柱。但由于天文观测技术的提高，即使在托勒玫的地心体系中已增加到 80 个左右的本轮和均轮，也难以获得与观测相合的结果，而且这类本轮的数目还在继续增加。这就使当时一些具有进步思想的哲学家、天文学家们，对托勒玫的复杂的地心体系发生了怀疑，甚至感到不满。而哥白尼接受了这种进步的思想，由于受到古希腊阿里斯塔克的地球绕太阳转动的学说的影响和启发，哥白尼分析了托勒玫体系中的行星运动，发现每个行星都有一日一周、一年一周和相当于岁差的三种共同的周期运动，但又无法对此作出合理的解释。他认为，如果把这三种运动都归到被托勒玫视为静止不动的地球上，就可消除他的体系里不必要的复杂性。因此，哥白尼认为地球不是宇宙的中心，而是一颗普通的行星，建立了一个以太阳为中心的日心体系。
在哥白尼看来，月亮是地球的卫星，它在以地球为中心的圆轨道上每月绕地球公转一周。与此同时，月亮也伴随地球一起绕太阳公转。地球每天自转一周，天穹实际并不转动，是由于地球自转才出现日月星辰每天的东升西落观象。恒星同太阳的距离十分遥远，它们在离太阳很远的一个天体上。行星和地球一样，都在圆形的轨道上匀速地绕太阳公转。就这样，哥白尼把统率宇宙的力量都归于太阳。
哥白尼花费了 40 年的心血，以严格的科学态度进行反复的观测、研究和计算，完善了他的学说，终于写成了阐述日心说的不朽巨著《天体运行论》。他在这本书里全面讨论了当时天文学的所有问题，使很多过去莫名其妙的问题都得到了合理的解释。
哥白尼的日心体系从根本上动摇了中世纪宗教神学的基础，认为宇宙是可以认识的，有一定规律可供人类研究探寻。从此自然科学便开始从神学中解放出来，大踏步前进了。
但是哥白尼的革命并不够彻底。他还保留了行星作匀速圆周运动的概念，因此对一些天体的不均匀运动还要保持一些本轮。此外，他还保存着固定不动的恒星天球的概念，让太阳成为宇宙中心。这些都要等到天文学进一步发展才陆续得到解决。
在哥白尼之后，意大利的修道士布鲁诺由于善于接受新事物，在学习了哥白尼《天体运行论》以后，他认识到宗教神学宇宙观是虚假的，是没有科学根据的，而科学才是真理，并决心为探求科学真理奋斗终生。由于布鲁诺的“离经叛道”，他不得不离开他的祖国，过着长期流亡的生活。在流亡的过程中，他大力宣传科学真理，还写了大量文章，热烈宣传和颂扬哥白尼的学说，猛烈地抨击了官方经院哲学的教条。
布鲁诺不但捍卫了哥白尼的学说，还充实、发展了这一学说。他认为：宇宙是统一的、物质的、无限的和永恒的；在太阳系以外，还有数不清的世界，我们所认识的世界，是无限宇宙中非常渺小的一部分，而地球又是无限宇宙中一粒小小的尘埃；无数颗恒星，都像太阳一样巨大、炽热，并以极大的速度向各个方向疾驰着
布鲁诺的宇宙无穷无尽的思想，使几千年来在人们头脑里难以突破的天球硬壳，一下被布鲁诺砸碎了。美丽的天空豁然开朗，伸向漫无边际的远方。由于布鲁诺广泛宣传和捍卫了哥白尼的学说，以及他对哥白尼学说的发展，轰动了整个欧洲，气极败坏的罗马教廷用诡计将他骗回意大利并逮捕了他。他们用尽了一切威胁、利诱和恐怖的手段，但丝毫没有动摇布鲁诺对真理的信仰和捍卫。到 1600 年 2 月 17 日，布鲁诺被烧死在罗马的百花广场上。
真理是不能用火烧尽的。布鲁诺虽然被罗马教廷烧死了，但唯物主义的宇宙观已日益深入人心。
继布鲁诺之后，意大利的天文学家和近代实验科学的创始人伽利略由于受到当时的一种玩具“光管”的启发，制出了望远镜并用它来观察天空，从此获得了一系列新的科学发现，在天文学方面做出了重大贡献，也进一步证实和发展了哥白尼学说。
伽利略发现在望远镜的视野里，行星不再是一个光点，却显出月亮一般的圆面。他惊异地发现金星甚至露出月亮一样的圆缺变化，他还清楚地看到有四颗卫星环绕木星运行。他看到了月亮表面的起伏不平，发现了大量环形山。土星的光环他也观测到了，但当时没有确认。在欧洲，他第一个借助望远镜看到太阳黑子，并发现太阳的黑子在日面上移动，从而得出太阳有自转的结论。他发现随着望远镜口径的增加，可见到的恒星数目大为增加。可是，即使在望远镜里，恒星仍然只是一个光点。因此他断定它们一定无比遥远。他还发现银河实际上是由无数颗恒星组成的。
所有这些发现都是过去闻所未闻的，震动了欧洲的学术界，这些发现都有利于哥白尼的日心学说。他的观测结果，强有力地论证了哥白尼的学说，
使罗马教廷大为震怒。最后教廷把他拘禁起来。他在完成了最后一本论述力学与运动的书并偷运出意大利之后，孤独地死去。
与伽利略同时代的丹麦天文学家第谷创制了许多大型精密的天文仪器，并坚持进行 20 多年的认真观测。根据他对 1572 年在仙后座发现的超新星距离的测定以及对 1577 年一颗明亮彗星运动情况的测算，他也怀疑托勒玫体系，但他并没有接受哥白尼的体系，他认为其它行星都是围绕太阳运行的，可是地球仍然是宇宙的中心，月亮和太阳及其率领的行星队伍则是围绕地球运转的，第谷的功绩主要在于他创制了不少仪器并且详尽地记录了他多年精密观测行星运动的资料。此外，他还非常幸运地在临终前一年接受了一位很好的助手和接班人，德国的天文学家开普勒。
开普勒用了很长的时间，对第谷遗留下来的观测资料进行综合分析和研究。后来，开普勒发现“行星是沿椭圆轨道绕太阳运行的，太阳在这个椭圆的两个焦点之一的位置上”的定律。这就是开普勒的行星运动第一定律，也叫轨道定律。这个发现，把哥白尼学说向前推进了一大步。
接着，开普勒又发现，虽然火星运行的速度是不均匀的，但是从任何一点开始，在单位时间向径（行星和太阳的联线）所扫过的面积却是不变的。这样开普勒又推出了“火星的向径，在相等时间内扫过相等的面积”的行星运动第二定律，又称为面积定律。
到 1609 年，开普勒出版了《新天文学》一书，在这本书里发表了他的轨道定律和面积定律。并且在书中指出：“这两条定律也适用于其他行星和月亮的运动。”
后来，开普勒经过长期繁杂重复的计算和无数次的失败，又发现了“所有行星公转周期的平方与椭圆轨道半长轴的立方的比值都相等”的行星运动第三定律。这是一个十分重要的自然定律。因为不仅行星遵循着它，就是围绕行星运动的卫星，以及太阳周围的其他天体也都如此。这就可以确定，太阳和它周围的所有天体，构成了一个有秩序的行星系统，这个系统就是太阳系。
行星运动三定律的发现，具有划时代的意义，它不但为经典天文学奠定了基础，而且还导致了数十年后牛顿的万有引力定律的发现。
正是伽利略不幸逝世的 1642 年，在英国诞生了伟大的科学家牛顿，牛顿对自然科学的贡献是多方面的，不仅在天文学方面，更主要的还是在数学、力学和物理学，而这些又直接影响到天文学的发展。狭义地说，他在天文学方面的直接贡献之一是发现万有引力定律，并由此建立起天体力学。另一项贡献则是发明反射式望远镜和棱镜分光的天文光学。
在开普勒的三大定律发表之后半个多世纪，牛顿总结了前人特别是伽利略所发展起来的力学理论，提出了三大运动定律，具备了归纳提高开普勒三大定律的条件。牛顿同时总结和发展了前人的数学成就，创立了微积分方法。在这两方面的理论基础上，牛顿首先用数学方法根据力学原理从开普勒三大定律推导出太阳对行星的引力定律，其要点就是太阳对行星的引力与行星的质量成正比，而与行星对太阳距离的平方成反比。他并且证明只要有这种距离平方反比的引力，开普勒三大定律就是必然的推论，而且是在行星质量远比太阳质量为小的条件下粗略近似。著名的苹果落地故事里说：他由此悟出重力是地球对它表面物体的引力，并且把地球半径、地月间距离、地面物体重量和下落加速度以及月亮绕地球的运行周期相结合，得出任意两个物体之
间都存在相互引力，这种引力和两物体质量成正比，与两者距离的平方成反比，而且比例常数不论天上地下都完全一致。这就是有名的万有引力定律。这条定律的重要意义不仅因为它至今还广泛应用于众多方面，更值得强调的是它第一次证明宇宙间的自然规律可以认识，地面和天空是统一的。后者实际上是人类认识宇宙、研究天文学的基本出发点。由于万有引力定律的广泛应用和重要性，下面把它的数学形式写出来：
F=GMR1M22
其中 F 为两物体之间相互的引力，M1 和 M2 分别为它们的质量，R 为两者质心的距离，G 为比例常数，称为万有引力常数，数值为 6.67×10-11 米 3/ （秒 2·千克）。
牛顿以他的三大运动定律和万有引力定律为基础建立起一个机械力学体系。他于 1687 年发表的不朽杰作《自然哲学的数学原理》一书，全面阐述了他的发现和理论。三百年来经过众多的后继者的发展和补充，牛顿的体系已经十分完整，现在通称为牛顿力学。牛顿力学开始形成就植根于天文学，又反过来为天文学开辟崭新的领域，建立起天体力学这个天文学的分支。天体力学的建立标志着历来单纯观测统计的天文学走上了引用物理方法进行研究的新道路。
牛顿在天文光学方面还有两种创造，一种是反射式望远镜，另一种是棱镜分光，对天文学的深刻影响不容低估。反射式望远镜的口径比用透镜构成的折射望远镜更容易做得大些，可以收集到更多的星光，便于观测更暗弱的天体，使人类探测宇宙的深度大为增加。此外，星光不经过透镜的折射就不会产生不同颜色成分发散开的问题，出来的图像更加清晰。因此，现代的大型望远镜无一例外都是反射式，几乎全部遥远的河外天体都是由反射式望远镜发现并观测研究的。至于棱镜分光术对于天文学的影响更是特别深远，甚至可以说它为建立天文学里最活跃、发展最快、成果最大的分支——天体物理学打下了重要基础。
牛顿用万有引力定律解决和说明了一系列宇宙间的重大问题，从而奠定了天体力学这一门新科学的基础，从此天体力学便从它的幼年时期进入到成年时期。到了这个时候，哥白尼的日心说经过布鲁诺、伽利略、开普勒和牛顿等人的宣传、捍卫和发展，已被公认为阐明太阳系实际结构的学说，再很少有人否认了。
又由于天王星、海王星的发现，证实了牛顿万有引力定律能十分准确的推算出行星的位置，也因新的发现而充实了哥白尼学说。
从哥白尼的《天体运行论》于 1543 年公开发表起，直到 1846 年加勒观测到海王星，经历了三百余年的时间，经过无数次曲折和斗争，冲破了宗教和传统观念、习惯势力的重重阻力，克服了哥白尼学说本身存在的缺陷，哥白尼的日心说终于由海王星的发现而取得了最后的胜利。
到 1930 年 1 月 21 日，美国天文学家汤博发现了冥王星。冥王星的发现，再次扩大了太阳系的范围。
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