在科技还不是那么发达的年代，只能停留在地面上的人们更多的是通过遥望月亮而进行研究。

在天文学发展的早期天文学家已经对月球周期有深刻的理解：如大约在西元前5世纪 ， 巴比伦天文学家已经知道月食有大约18年的沙罗周期， 印度天文学家已经对月球每个月的距角进行描述， 中国天文学家石申确定了一套预测日食月食的公式。之后，月球的天然形状和月光的成因也被了解， 古希腊哲学家阿那克萨哥拉)推断太阳和月球都是巨大的岩石球体，而且后者通过反射前者的光来发光。 虽然中国汉朝时认为月球等同于“ 气 ”，他们的“辐射影响”理论解释月球光只是反射自太阳， 京房注意到月球是球体。 西元499年，印度天文学家阿耶波多在他的《Aryabhatiya》记录月球的耀眼光芒是反射阳光的缘故。天文学家兼物理学家海什木发现月球不像镜子那样反射阳光 ，而是从月球表面每一个方向往所有方向发射出去。 中国宋朝的沈括创造一个涂上白色粉末的银球反射阳光，来解释月相的变化，而 ​从侧面看时就能呈现眉月的月相。

约翰·赫维留绘制的月亮的图像

亚里士多德的宇宙的描述中，月亮标示出可变元素（土、水、风和火）的球和不朽的恒星（以太）之间的边界。在前2世纪，塞琉西亚的塞琉古的理论认为潮汐是月球引力引起的，因为朝汐的最高点都与月球相对于太阳的位置相对应。阿里斯塔克斯在同一个世纪计算出月球大小和距离，得知地月的距离是地球半径的20倍。托勒密进一步更正这些数值：平均距离是地球半径的58倍，直径是地球的0.29，非常接近现在个别的值60和0.273。 阿基米德发明了可计算当时已知行星和月球运动的天象仪。

在中世纪望远镜发明之前，已经有越来越多人认识到月球是一个球体，但许多人却认为它的表面是非常平滑的。1609年， 伽利略在《 星际信使 》中使用第一架伸缩望远镜描绘的月球，注意到它并不是光滑的，有着环形山和山。 乔万尼·巴特斯达·里奇奥利和弗朗西斯科·格里马尔迪在17世纪后期的努力产生现今使用的月球命名系统。威罕·皮尔和梅德勒在1834-1836年间发展出更精确的系统，并且在1837年出版相关的书，第一次用三角法准确的研究月球特征，包括一千多座山的高度、并引导对月球研究的精确度可能如同地球的地理。最先注意到的月球环形山科学家是伽利略，一直被认为是火山 。直到1870年代， 理查德·波达才提出这是由撞击形成的假设。这种观点在1892年获得地质学家葛洛夫·吉伯特的实验支持，1920年至1940年的比较研究引导月球地层学发展，在1950年代成为天体地质学的一个崭新且持续发展的分支。