《尚书·尧典》中记录了尧时观天测象、敬授民时的现象。在陶寺遗址中发现的天象台，为目前人类发现的最早的天文观象台。当时人们掌握的天文现象在很多方面已经非常接近现代，是人类天文学极为重要的奠基性研究成果。三晋地区出现了许多极为重要的天文学家。据说箕子曾在陵川的棋子山上仰观天象。《晋书》中记载卜偃及魏赵等地均有专门的人士“掌著天文，各论图案”。魏国的石申夫在公元前四世纪已经制定了世界上最为古老的星表“石氏星表”，能够表现出太阳每日向东移动一度，一个回归年的长度为365.25度，开中国周天制度的先河。这比希腊帕克等人的理论要早200年以上。石申夫著《天文》八卷，被后人誉为《石氏星经》。其中表现了中国至迟在战国时期就开始采用赤道坐标来记述天体的运行及方位。而欧洲直至近代才开始采用赤道坐标系统。这一时期，山西也出现了一些关于宇宙模式的研究成果。最著名的就是魏国尸子关于宇宙内涵的阐释。所谓“四方上下为宇，往古来今为宙”。他并且认为时间与空间都是相对的，变化的。赵国的慎到也提出了一种在当时来看实为全新的宇宙模式。他认为“天形如弹丸，半覆其上，半隐其下，其势倾斜”。所谓天体是浑圆的概念是人类宇宙认识史上的一次巨大飞跃。

　　北魏时期，政府组织专人整理各种星经，集为五十五卷，合为七十五卷。著名的鲜卑族天文学家斛兰主持铸造了中国历史上唯一的一台铁制浑仪，一直使用至唐中叶。上党长子人李业兴先后制定了《戊子元历》《戊子历》，以及《甲子元历》与《九宫行棋历》。晚唐时期的太原人王轩博精通历算，继承了盖天说之勾股术与浑天说之天圆地平说相融合的理论，传与后人。五代时，定居太原的马重绩新造《调元历》，融合了西域天文学之理论，具有重要影响。宋元时期是中国科学技术新的繁盛时期。在天文历法方面，晋地之学者贡献颇多。宋时，晋城人刘羲叟精通历算，编撰了《新唐书》中的《历志》五卷，《天文志》三卷，《五行志》三卷，以及《新五代史》中的《考天司》一卷。此外还著有《刘氏辑历》等多部重要著作。平定乐平今昔阳人杨云翼为金时历算家。著有《五星聚井辩》《县像赋》《勾股机要》《象数杂说》等。河中人苗守信著有《太平乾元历》九卷，《新修历法》等。

　　与天文学紧密相关的是地理学与数学。春秋时期，晋地四则运算已经非常普及，成为普通民众日常生活的常识。西晋时闻喜人裴秀著《禹贡地域图》，绘制《地形方丈图》，成为中国古代地图学的奠基人。特别是他提出的“制图六体”，具体明确了绘制地图的六种极为重要的方法，即分率、准望、道里、高下、方邪、迂直。其中的“分率”要求设计经线与纬线织成之方格网与比例尺，以识别四方与远近。“准望”则要求通过准望北极星来确定地图的方位，为世界各国采用以北为上的制图法则之始。其绘图理论引入了比例运算与“重差术”等数学方法。至宋，山西平阳人蒋舟精通心算，著《益古集》。金时，出现了刘汝楷、李德载等数学家。刘汝楷为平阳今临汾人，著有《如积释锁》；绛今新绛人元裕著有《细草》。这些著作与《益古集》均为讨论天元术，也就是解方程的算术。亦因他们著作的存在才使后人了解了当时天元术的基本理论。而平阳今临汾人李德载是时数学领域天元术向四元术，也就是开四次方程算术过程中一位极为重要的代表。此外，蒋舜元著有《应用算法》，王翼著有《算术》等，皆为当时十分重要的数学著作。

　　明清，山西地区出现了一个数学兴盛的时期。在光绪时的《山西通志》中就提到了近三十位数学家。如阳城王国光、屯留申九宁、寿阳袁万里、榆次董化时等。而最具影响的是明时汾阳王文素，著有《新集通证古今算学宝鉴》，简称《算学宝鉴》，共四十二卷。王文素出身晋商之家，随父经商，矢志数学，用30年时间著成此书，为数学中之纯粹而精益者，成中国古典数学之巨著。所谓循九章之古制，承宋元之先河，选精集粹，博古通今，为当时数学之最高水平。其解高次方程的方法较英国霍纳、意大利鲁非尼早200多年；解代数方程的方法早英国牛顿、拉夫森140多年；他在十六世纪时已发现导数，早欧洲一个世纪。在国内数学界，其数学理论亦早程大位半个多世纪。在数学领域，傅山帮助晋商创建了一套简单明了的商业会计法“龙门账”，初步奠定了会计学的基础。清时，阳城人张敦仁著有《辑古算经细草》三卷，《求一算术》三卷，《开方补记》八卷，《通论》一卷。其数学成就主要表现在对天元术与求一术的研究方面。另一位重要的数学家是垣曲人安清翘，先后撰有《数学五部》《数学指南》《几何原本补正》《周易比例》等。其《数学五部》对割圆术的计算有积极的改进。世界上有明确记载的地震是《墨子》所言之舜时的蒲坂地震。平陆季元瀛以基本统计学的方法推算出大地震发生的周期，以及气象、动物等与地震的关系，著有《地震记》，对地震之规律进行了客观的推断与总结。