Gli orologi solari sono i più antichi strumenti di astronomia di cui si abbiano tracce documentate. In generale si basano su un principio molto semplice: la posizione del Sole sulla volta celeste varia con regolarità nel tempo e, con essa, la forma e le dimensioni dell'ombra che tutti i corpi proiettano su un piano. Un'asta conficcata nel terreno può quindi funzionare da indice (gnomon) di una scala temporale. Da questa consapevolezza nasce la Gnomonica cioè lo studio razionale di tutti i fenomeni naturali deducibili dal variare dell'ombra nel tempo
Si ritiene che l'uso di orologi solari nella Grecia classica sia stato introdotto da Anassimandro di Mileto (VI secolo a.c.) ereditato probabilmente da Egizi e Babilonesi. In epoca romana furono costruiti numerosi modelli di orologi solari, come testimoniato da Vitruvio Pollione nel trattato Architettura dove, fra l'altro, è descritto l'analemma (vedi oltre).

Nel medioevo la gnomonica viene recuperata grazie agli astronomi arabi i quali, oltre a restituire al mondo occidentale parte del patrimonio alessandrino, per primi applicarono a questa scienza gli strumenti della matematica trigonometrica. Molti edifici di culto poterono così ospitare strumenti astronomici di misura del tempo. Il Duomo di Firenze è sede del più grande gnomone esistente. Si tratta di uno strumento costruito "in negativo" poiché proietta, da una apertura nella lanterna, l'immagine del Sole sul pavimento da 90 metri di altezza. In epoca umanistica e rinascimentale la gnomonica conobbe un nuovo imponente sviluppo. Giovanni Regiomontano e Cristoforo Clavio posero le basi logiche per la costruzione di strumenti che diventeranno sempre più precisi, adattabili e pregevoli artisticamente. I preziosi modelli in figura sono orologi portatili conservati al Museo di Storia della Scienza di Firenze, attribuiti a Stefano Bonsignori, cosmografo alla corte medicea.
La Gnomonica, arricchita dai contributi matematici e tecnologici del secolo dei lumi è esistita, come scienza attiva, fino al secolo scorso.