เดิมทีการบอกเวลาอาศัยปรากฏการณ์จากธรรมชาติ โดยสังเกตจากดวงอาทิตย์โผล่ขึ้นจากขอบฟ้าด้านตะวันออก เคลื่อนตัวสูงขึ้นสู่ท้องฟ้าเรื่อยๆ จนเลยลับขอบฟ้าด้านกำเนิดตะวันตก แล้วจึงโผล่ขึ้นมาใหม่ เป็นอันครบรอบนับเวลาได้หนึ่งวัน คนสมัยก่อนจึงรู้เวลาด้วยการสังเกตตำแหน่งต่างๆ ของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า ซึ่งบอกเวลาเช้า สาย เที่ยง บ่าย เย็น ต่อมามนุษย์เริ่มรู้จักประดิษฐ์นาฬิกาขึ้นใช้ เชื่อกันว่านาฬิกาแดดเป็นวิธีจับเวลายุคแรกสุดของโลกแบบหนึ่ง มีใช้มานานกว่า 5,000 ปีแล้วในอียิปต์ เงาของแสงแดดที่ส่องต้องแผ่นโลหะบนหน้าปัด จะเคลื่อนตัวไปอย่างช้าๆ รอบหน้าปัดตัวเลขแต่ละชั่วโมง เวลาจะเปลี่ยนไปตามเงาแดด
นาฬิกาแดดเป็นนาฬิกาที่ใช้บอกเวลารุ่นแรกสุด ชาวสุเมเรียนเป็นชนเผ่าหนึ่งที่ใช้นาฬิกาชนิดนี้ โดยจะแบ่งช่วงเวลาออกเป็น 12 ช่วงในหนึ่งวัน ซึ่งแต่ละช่วงจะกินเวลาประมาณ 2 ชั่วโมง โดยใช้วิธีวัดความยาวแสงเงาเป็นมาตรฐานในการวัดระยะเวลา
ด้านชาวอียิปต์แบ่งเวลาออกเป็น 12 ช่วงเช่นกัน โดยดูเวลาจากเสาหินแกรนิต การดูเวลาจะสังเกตจากความยาวและตำแหน่งเงาที่แสงอาทิตย์ตกกระทบบนพื้นทำกับขีดทั้ง 12 ช่วงเวลาที่แบ่งไว้ เพื่อจะได้ดูว่าช่วงกลางวันเหลือเวลาที่เท่าไร
ส่วนชาวโรมันแบ่งเวลาออกเป็นกลางวัน กลางคืน คอยมีเจ้าหน้าที่ประกาศเท่านั้น ขณะที่ชาวกรีกประดิษฐ์นาฬิกาน้ำ โดยใช้ถ้วยเจาะรูจมลงในโอ่ง ดูการจมของถ้วยเทียบระยะเวลา ชาวกรีกใช้นาฬิกาชนิดนี้ในศาล ต่อมามีการพัฒนานาฬิกาน้ำนี้ขึ้นโดยเพิ่มตัวควบคุมความเร็ว เพื่อใช้งานทางดาราศาสตร์
ต่อมาจึงมีการทำนาฬิกาทรายขึ้น ซึ่งมีลักษณะเป็นแก้วเป่าสองชิ้นมีรูแคบๆกั้นกลาง โดยใช้ทรายเป็นตัวบอกเวลา จัดเป็นนาฬิกาแบบแรกที่ไม่อาศัยปัจจัยดินฟ้าอากาศ มักใช้จับเวลาระยะสั้นๆ เช่นการกล่าวสุนทรพจน์ การบูชา การเฝ้ายาม การทำอาหาร เป็นต้น
สำหรับนาฬิกายุคใหม่ พัฒนาขึ้นช่วง ค.ศ.100-1300 ในยุโรปและในจีน คำว่า “clock” ในภาษาฝรั่งเศสแปลว่าระฆัง อาศัยหลักการแรงดึงดูดก่อให้เกิดน้ำหนักที่จะเคลื่อนคันบังคับ ซึ่งจะทำให้เข็มนาฬิกาเคลื่อนที่ ในปี 1656 จึงมีการประดิษฐ์ลูกตุ้มที่ใช้ในนาฬิกาทำให้บอกเวลาเที่ยงตรงยิ่งขึ้น ส่วนนาฬิกาพก ประดิษฐ์ขึ้นโดยนายปีเตอร์ เฮนไลน์ ชาวเมืองนูเรมบวร์ก จากนั้นในปีค.ศ.1962 มีการประดิษฐ์นาฬิกาเชิงอะตอมซีเซียม ใช้ในหอดูดาวกรีนิช ประเทศอังกฤษ ซึ่งถือว่าจับเวลาคลาดเคลื่อนน้อยที่สุด
