日晷是古人发明的一种天文计时仪器。在钟表普及使用之前，日晷曾是古人生活中使用的主要计时工具之一。日晷的发明和使用对人类来说不是偶然的，是一定发展阶段的必然产物。日晷的发展演变，从雏形到成熟，从初级到高级，从简单到复杂，从粗略到精确，由于受到制作材料、加工技术和知识水平的制约，经历了比较漫长的过程。
根据古代文献记载可以得知，在日晷等计时工具问世之前，人们计量时间的主要方法之一是观象授时，它更多的作用体现在对一年中季节、节气和月份的划分。古人在长期的观象授时实践中，特别是通过对太阳的不断观测，逐步总结出太阳的运行规律，以及太阳的投影与地面物体的位置关系，在此基础上发明了日晷。这里所说的对太阳运行规律的总结，实际上就是古代天文学的进步成就。
因此，在各个门类的基础学科中，天文学是人类最早形成的学科。日晷产生的过程可以简单概括为“从立竿见影到立竿测影”。事实上，最初引起古人注意的很可能不是一根直立的竿子及影子，而是人体自身的影子，是“顾影自怜”的另一番心得。一棵枯树旁边恰好有几块石头，树影落在不同的石头上就可以表现不同的时间。这已经是一个原始形态的地平式日晷了。
慢慢地、一点点地调整石块的位置，或者在地面上划出一些标记，使树干的投影能够对应地表现不同的时间点（时刻），找到其中的某些规律，这肯定需要一个过程。但是，这个探索、求证的过程不会很长，不需要高度发达的几何学基础，因为这完全可以通过实测、实证的方法，来逆向地获得某些参数。甚至根本不需要求得这些参数，更不需要知道关于这些参数的复杂计算公式，仅仅获得实际使用效果即已足矣。
理论上说，任何一个日影的位置都可以代表一定的时间，关键是如何度量这个不断变化的位置。“表”加上“圭”就很好地解决了这个问题。既有表，在表下做出一些标记或添加一个圭不仅是十分自然、顺理成章的，也是十分重要的。接下来，把条状的圭加宽，变成盘状，甚至不需要做出一个盘，只需多标示出几个标志点或线，一个初级形态的地平式日晷就已经完成了。
另外一种最初的日晷类型可能是投射（透射）式日晷，即直接利用日光（而不是日影）来测定时间的日晷。用日光测定时间的难点在于适合的参照物。投射（透射）式日晷是在阳光下人为地添加一套便于度量的参照系统，通过对一部分阳光的遮挡，观测透过的阳光来判定和划分时间。当然，它的测时精度很难保证。
中国国内现存最早、最完整的古代日晷实物是1897年出土于内蒙古托克托城的汉代日晷，原为清末藏石家端方所藏，目前为中国国家博物馆馆藏特级文物。日晷的历史长达数千年之久，数量也应不在少数，但全世界迄今为止发现的早期日晷实物寥寥无几。按说，比起陶器、瓷器、玉器等古代文物，日晷（通常都是石制的）应该更容易留存下来，但为什么如此罕见呢？这似乎是一个谜。
如果仅仅是古代墓葬中罕见日晷，还可以这样解释：古人认为死人是不需要知道时间的，所以陪葬品中不必加入日晷，况且地底下也见不到太阳。但为什么古代生活遗址中也罕有日晷出土呢？一个可能合理的解释是：古代的日晷大多不是一个器具、物件，而是一套相互关联的建筑结构或装置。这些结构或装置在作为遗存呈现在我们面前时，可能已经面目全非，使我们无法把它们当作一个日晷来考量。
古埃及和古希腊、古罗马的公共广场上都建有一座座高耸的方尖碑，神秘的玛雅古城也到处可见一排排石柱，这些石碑或石柱的影子，与地面某些建筑饰物的位置关系，已经具备了某种日晷的功能。在没有钟表的漫长岁月里，在无数个艳阳普照、光影变幻的日子里，聪明的古人不可能对此熟视无睹，特别是对天文学高度发达的玛雅文明来说。这只能解释为，那些碑、柱原本就是当作公共日晷来修建的。
位于英格兰南部的史前遗迹巨石阵，充满了魔幻色彩，关于它的用途众说纷纭，是否具有日晷功能也是争议的焦点之一，尚待考证定论。与巨石阵形态颇为相似的是发现于山西襄汾陶寺文化遗址的所谓“古观象台”。经考古人员对在原址上复制的模型进行模拟实测证明，它能够测定“两分”“两至”等20个节气。经科学考证，陶寺文化的绝对年代为公元前2300年至公元前1900年，相当于夏及先夏的上古时期。
其遗址上大型日晷的发现，意义不在于比巨石阵又早了几百年，而在于它的存在把中国日晷的起源年代提前到了合理的时期，即与圭表基本同步或稍晚的时期，即使你不认可圭表也是日晷的一种。这一点，从陶寺遗址同时还出土了大型圭表也足以佐证。对“古代日晷往往不是一件器物”这个论断还有一个有趣的佐证。
古罗马著名的喜剧作家、诗人普劳图斯（Plautus，公元前250—前185年）曾在他的一首诗中写道：“城里到处都是这些讨厌的日晷。”当然，诗人是因为日晷“把我的时间分割成可怜的碎片”才抱怨的，但他无意中告诉了我们，日晷通常是建在街上或公共场所的。类似这样的文学记录，在古希腊、古罗马的文学作品中屡见不鲜，也包括《圣经》。