有史以前より人類（おそらく他の動物にも）は太陽の位置などにより、朝-昼-夕程度の曖昧で不明確な時の概念を持っていたと考えられる。太陽の位置を知る方法に「固定された適当な物の影を見る」というのがあり、これはいわゆる紀元前約2000年頃に発明されたといわれる日時計である。
しかし日時計は晴天の日中しか利用することができない欠点がある。そのため、別の物理現象を使って時間の流れを測定する時計が考えられた。例えば特定の大きさで作った蝋燭や線香、火縄が燃える距離を使う（燃焼時計）、水や砂が小さな穴から落ちる体積を使う（水時計、砂時計）などであり、紀元前1400年?紀元前700年頃の間にエジプト、イタリア、中国などで考案された。
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14世紀に入ると駆動軸の動きを制限する脱進機が発明され、これを使った機械時計が開発された。この時計は定期的に重錘を引き上げ、それが下がる速度を棒テンプと脱進機で調節するものであった。また1510年頃、ニュルンベルグの錠前職人ピーター・ヘンライン（Peter Henlein、1480年-1542年）がゼンマイを発明し携帯できるようになった。
1583年ガリレオ・ガリレイは、振り子の周期が振幅によらず一定であること（正確には振幅がごく小さい場合に限られる）を発見し、振り子時計を思いついた。