唐玄宗时，天文学也有了迅速发展，取得了一系列成就，其中最著名的天文学家是一行和尚。一行俗姓张，名遂，魏州乐昌（今河南南乐）人，唐代高僧、天文学家和大地测量学家。一行不仅有高深的科学知识，品格也很高尚，在武周时期，坚决拒绝与权贵武三思结交。
一行曾奉玄宗的命令，制定《大衍历》。这是一部先进的历法，分成七篇。这个历法吸收了实际观测的成果，使节气的划分更加精确，在当时是最先进的，一直沿用到明末。
测量子午线的长短，是一行在天文学上另一项成就。公元725年，一行倡议在全国13个地点进行天文观测，通过实测，算出地球子午线（经度）的长度为351里80步（合今129.22公里）。比阿拉伯天文学家阿尔·花剌子模于公元814年进行的实测早90年。它与现代测量的子午线长度111.2公里相比，虽还有不少误差，但在当时是世界上第一次用科学方法进行的实测。
一行观测天象，发现了恒星的移动，比公元1712年英国人哈雷的发现，几乎早了1000年。一行对数学也有贡献，首创等间距二次内插公式（一种求函数值的方法），用来计算日月的运行。
