掌管观察天象﹑编制历法等。历代均设置掌管天文的专官，称太史令，隋改称太史监，唐初改为太史局，隶属秘书省，以后名称屡改，唐肃宗乾元元年（758）三月改为司天台，改置官属，将其从秘书省独立出来，长官为司天监，扩大了司天台官员的编制，提高了天文官员的品级和俸禄，并增设新的天文官员，人员总数达722人，其中九品以上官员81人，天文人员641人。

司天台掌握着国家玄象之学的解释，且其天象观测与预言常常涉及军国大事，因此要求司天台官员必须有精湛的天文学知识。此外，中央出于维护统治的考虑，对天文台官员的管理控制也极为严格，要求天文台的人员只能负责自己本职工作，非本职的工作不得参与，如负责观测记录天文气象的观生不得阅读天文占候方面的书籍，从而限制了天文观生的占候能力。此外，司天台官员不得与朝官交往，要求司天台官员必须保守秘密，对于天文祥异之事只能密封奏闻，泄密者将会受到严惩。司天台还负责国家天文人才的培养，灵台郎通过教授天文生、天文观生来培养观测天象的天文人才；保章正通过对历生的教授来培养历法人才；漏刻博士通过对漏生的教授来培养漏刻计时的人才。

司天台对所观测的天文气象要定期上报，每逢元日、冬至、朔望朝会及盛大礼仪场合，司天台官员各自奏报祥异，即至少15天奏报一次。每个季度都要将记录的灾祥情况送交门下省、中书省，以便编入起居注。每年年终将总的记录封送史馆，用于编修国史。此外，每年还要预造来年的历书，颁行于天下。