元世祖忽必烈建立大元的时候，为了统治的需要，就十分重视吸收汉族的读书人，帮助筹划朝政大事。他有一个汉族谋士叫刘秉忠。就是因为刘秉忠的主意，忽必烈才毅然称帝并定国号为元。后来，刘秉忠又向忽必烈荐引了一些汉人，这些汉人大多是有学识有本领的任人，其中有一个是元代著名科学家郭守敬。
郭守敬，邢州（今河北邢台）人。郭守敬有个很不错的祖父，叫郭荣。郭荣学识渊博，不但通晓经书，对数学、天文、水利等都有研究。在祖父的影响下，郭守敬少年时候就对科学发生浓厚的兴趣。那时候，刘秉忠正在邢州西南紫金山讲学，郭荣把郭守敬送到刘秉忠那里学习。郭守敬因此也认识了许多爱好科学的朋友，学问就长进得更快。

忽必烈统一北方以后，为了发展农业生产，决定整治水利，征求这方面的人材。一位叫张文谦的汉官把郭守敬推荐给忽必烈。忽必烈召见郭守敬时，考察了一下郭守敬的学识。结果郭守敬对北方水利情况十分熟悉，当即就提出六条整治水利的措施。忽必烈非常高兴，每听完一条，就点头赞许，很满意郭守敬的答案。最后，他很感慨地说：“让这样的人去办事，才不会是摆空架子吃闲饭的呢。”于是，忽必烈就派郭守敬担任提举各路河渠的职务，经办河道水利的事。

郭守敬整治水利的最初两年就取得了明显的成效，忽必烈更相信他了。两年后，郭守敬又被派到西夏一带去整治水利。那时候西夏地区经过多年战乱，河道淤塞，土地荒芜。郭守敬到了西夏，经过详细勘察以后，发动民工疏浚了一批原有的渠道、水坝，还开挖了一些新河道。不出一年时间，这一带九百多万亩农田灌溉畅达，粮食丰收，百姓的生活也都改善了。

改善了西北的水利，又轮到了江南。当时，江南已经是鱼米之乡了，大都的粮食都是从江南运来的。为了改善大都到江南的交通运输，忽必烈又派郭守敬去这一线勘测水路交通情况。郭守敬经过艰苦的的勘测和缜密的设计，不但修通了隋朝留下来的的大运河，还新开凿了一条从大都到通州的通惠河，这样，从江南到大都的水路运输，就畅通无阻了。

元朝灭掉南宋以后，更加重视农业生产的恢复。农业生产要利用历法。过去，蒙古一直使用金朝颁布的历法，这种历法很不好，误差大，甚至连农业上的节气也算不准，这太影响农业生产了。征服宋朝之后以后，忽必烈发现，宋朝用的又是另一种历法，南北历法不一样，更容易造成紊乱。忽必烈决定制订一个统一的新历法。于是，他下令成立了的机构，名叫太史局（后来叫太史院），专门负责编订历法。负责太史局的是郭守敬的同学王恂。郭守敬因为精通天文、历法，王恂请求朝廷把郭守敬从水利部门调到太史局，和自己一起主办改历工作。

谁想到，郭守敬不仅仅懂水利，搞历法也又一套。工作一开始，他就提出，研究历法一定要重视观测，而观测必须依靠仪表。可是从开封运来的那架北宋遗留下来的观察天象的大型浑天仪，已经陈旧不堪，得到的数据不可靠。于是，郭守敬开始设计一套新的仪器。他觉得原来的浑天仪结构复杂，使用不方便，就根据前人的经验和自己的研究创制了一种结构比较简单、刻度精密的简仪。郭守敬制作的仪器，精巧和准确程度都比旧的仪器高得多。精确的仪器做好了，就要开始进行精确的实地观测了。

公元1279年，郭守敬请求忽必烈允许在太史院里建造一座新的司天台，同时在全国范围进行大规模的天文测量的打算。这个大胆的计划很快得到忽必烈的批准。经过王恂、郭守敬等一起研究，他们在全国各地设立了二十七个测点。最北的测点在铁勒（在今西伯利亚的叶尼塞河流域），最南的测点在南海（在今西沙群岛上），另外，他们选派了十四个监候官员分别到各地进行观测。为了准确，郭守敬还亲自到几个重要的观测点去观测。最后，各地的观测点把得到的数据全部汇总到太史局。郭守敬和王恂根据汇集来的大量数据，花了整整两年的时间，编出了一部新的历法，叫《授时历》。

《授时历》，比以往的旧历法精确得多。它算出一年有365.2*天，同现在测定的地球绕太阳一周的时间，只相差26秒。这部历法同现在通行的公历一年的周期相同。但是郭守敬的《授时历》比欧洲人确立公历的时间要早三百零二年。