遠自原始時代以來，人類對於自然天象的種種變化，就極有興趣。古代的神權統治，泰半是以人類對自然變化不得其解的敬畏之感作為心理基礎的。諸如日之昇沉，月之盈虧，星斗之移轉，晝夜之交替，季節的轉換，潮汐之漲落，不僅是人類肉眼可以觀察得到的現象。而且，這些現象對於人類的日常生活都具有密切而重大的影響。在科學發達之前，遂有許多神奇怪異之說，乃至各種宗教上的信仰，環繞著天體的種種現象而興起。
托勒密學說的要點
文明進步之後，學者們首先試圖以合乎理性的說法，來解釋天體的運動。古代研究天文學的科學家與思想家，大都出於希臘，最早的如公元前五世紀的畢塔格拉斯（Ｐｙｔｈａｇｏｒａｓ）和公元前四世紀的亞里斯多德（Ａｒｉｓｔｏｔｌｅ），他們雖然是以嚴肅的態度來研究，但都因方法上工具上的種種限制，不能成為「一家之言」。在公元一百五十年左右，有一個住在亞力山大里亞的埃及人托勒密（Ｃｌａｕｄｉｕｓ Ｐｔｏｌｍｙ），將古代有關天象的種種學說以及他自己的研究心得，條分縷析，建立起一套比較完整的系統。此後約一千四百年間，托勒密理論一直為世人普遍接受；人對於宇宙的觀念，就以他的學說為基礎。
托勒密學說的中心，是認為地球是一固定的、不能自力運轉的、而且根本不能動的大物體，位於宇宙的中心，其他一切天體，包括太陽與其他恆星在內，都圍繞著地球運轉。因此，地球是大氣系統中的中心，各種行星都緊緊地與這個系統相銜接。各種恆星則與其他的系統相聯，都是每二十四小時自轉一周。據托勒密的說法，行星與恆星是循著相反的方向運行，但都被一個強大的力量所吸引。他認為，土星是距離中心最遙遠的行星，距太空最近，所以逆行一周的途程最長。月球是距離中心最近的，所以運行一周的途程最短，需要的時間最少。天文學家羅森（Ｅｄａｗａｒｄ Ｒｏｓｅｎ）曾對托勒密學說作如下的說明：
「傳統的學說認為，行星是向東運行，然後逐漸減低速度，以至於完全靜止。靜止之後再自行運轉，繼續向東運行。這一走走停停的途程，一再重複，無盡無休。」
因此，在托勒密的理論中，宇宙是一個封閉起來的空間，外面是層層大氣。大氣之外，所謂宇宙便一無所有了。
一千多年之間，世人都同意托勒密的理論是正確的。有兩個非常合乎人性的因素，使大家特別容易接受他的假說就是真理：
第一、托勒密理論主要是以人類可以觀察得到的現象為基礎。人人可以看得到；因為肉眼看到是那個樣子，自然便覺得他的說法是很「合理」的。
第二、他的理論滿足了人的自我。試想，以地球為宇宙的中心，所有的星辰都圍繞著地球運轉，同時人又主宰著地球，這是何等令人類自欣自慰的消息；聽起來彷彿宇宙都是由人類一手造成的。
文藝復興與哥白尼
由於以上這兩個原因，使得托勒密那一套雖不真實但卻相當動聽的理論，經歷了一千多年的時光，一直到歐洲「文藝復興」時代，才有人對這套理論的正確性重加考量。推翻托勒密理論的是人，被稱為「教士、畫家、詩人、醫師、經濟學者、政治家、軍人與科學家」的哥白尼（Ｎｉｃｏｌａｕｓ Ｃｏｐｅｒｎｉｃｕｓ）；是文藝復興時代最偉大的天才之一。他能集如此眾多的「頭銜」於一身，可見他之博學多才，所以，也有人便稱他為「宇宙之人」。
哥白尼生於一四七三年，逝於一五四三年。在他有生的七十年之間，正是歐洲史上充滿了冒險、刺激、令人興奮的偉大時代。在那一時期，哥倫布發現了新大陸；麥哲倫環繞了世界一周；達伽瑪第一次由海上航行到印度。馬丁路德發動了宗教改革；米開朗基羅創造了藝術的新世界，巴拉塞薩斯（Ｐａｒａｃｅｌｓｕｓ）與魏薩琉斯（Ｖｅｓａｌｉｕｓ）奠定了現代醫學的基礎；還有另外一位「偉大的宇宙人」達文西，他是名畫家、雕塑家、工程師、建築家、物理學家、生物學家，而又是哲學家。在同一時代，有這麼多的天才出現，使得當時的文化活動與成果，光輝燦爛，照灼千古，極空前之盛。而哥白尼亦在此時嶄露頭角，他的貢獻是為世人提供了一套理論，為宇宙建立了新的體系。
困學半生博聞多才
哥白尼生於波蘭的多倫城靠近維斯杜拉河岸的地方，多倫是參加德國北部各地政治與商業同盟——即「漢薩同盟」的一個城市。哥白尼幼年是由他的一位極有勢力的伯父華茲魯德大主教管教；最初在多倫當地的學校讀書，至一四九一年，進入柯拉谷大學深造。這家大學當時是全歐洲研究數學與天文學的中心。五年後，他旅行到義大利，轉入全歐洲最古老最有名的學府之一——波龍那大學。在那兒，他一面研讀經典，一面研究天文。然後，他到羅馬講授數學與天文學，歷時一年。後來到巴圖亞大學和伐拉亞大學，先後研究醫學與教會法，又花費了五年的光陰。他的求學生涯至此方告一段落，於一五○三年獲得伐拉亞大學教堂法的博士學位。
同時，由於他的伯父的影響力，提名他接受符勞恩堡教堂中的神職。他於一五○六年由義大利回到波蘭，然後就一直在符勞恩堡渡過了他後半生的三十七年。
哥白尼在教會中的職務極為複雜繁重。在政教關係不分的中古時代，他彷彿是集地方上的管教養衛於一身的領袖。平時他要為教士與信徒看病；當波蘭人與普魯士人或條頓族的騎士們發生戰爭時，他要協助當局，增強防衛以渡難關；戰爭結束之後，他又要參與和平談判；此外，他曾提供方案，建議當局改革貨幣；他而且要分神去治理偏僻的教區。為了公餘消遣，他偶亦作畫自娛，還從事翻譯，將希臘的古詩譯為拉丁文。
天文學祇是多才多藝的哥白尼所研究的課題之一種；不過，後來漸漸成為他的主要興趣，日夕沉迷，樂而忘返。他對於天象觀察，自幼就頗為注意，入大學之後，從研究數學而更專注於天體運行的種種現象。他由於發現了托勒密理論有不能自圓其說的地方，乃決心師法自然，由此中覓求宇宙間的真理。
獨力進行儀器簡陋
哥白尼的研究工作，完全是由他一個人靜靜地進行。在當時，不僅沒有人幫助他，甚至也沒有人知曉。他為了不受打擾，常常躲在教堂外面護城牆的角樓上去，觀察星斗與夜空。
在哥白尼的時代，能用的觀察儀器極為簡陋。望遠鏡的發明，還在一百年之後。他使用的儀器，祇是他自己製作的日晷儀，和用木頭作的三角儀，用以測定各種星球的距離與高度；另外有一個天象儀，也僅有經度和緯度的記號。這些工具與目前人類所用的各種天文學儀器相比較，其差別猶如手推的「獨輪車」之於噴射機。
哥白尼遭遇的另一困難，是氣候不適宜。因波羅的海與各大河流，帶來了很多雲霧。在哥白尼所住的符勞恩堡，完全晴朗的天氣一年之間沒有幾天，極不利天象觀察。
可是，哥白尼毫不因這些困難而沮喪，年復年年，他一有時間和機會就去潛心觀察、計算，為探索宇宙的奧秘而孤軍奮鬥。
哥白尼在試探著要證實或否定的「地轉說」理論，與當時其他人普遍深信了一千多年的托勒密理論體系針鋒相對。簡單地說，根據「地轉說」，地球並非恆定不動，而是圍繞著一個軸心，每天自轉一次；同時又圍繞著太陽運轉，每年一周。這種說法，如今連小學生也都明白。可是，在十六世紀的哥白尼卻因為他的理論過分「驚世駭俗」，遲遲不敢發表。他將所研究的資料，反覆推敲，直到他自己認為毫無疑問之後了才將整套的理論公諸世人。從研究到發表，中間經歷了三十年之久。
古希臘時代確曾有若干天文學家，提出類叫「地轉說」的說法；主要一點，就是指出地球可能是繞日運行，所以並非宇宙的中心。譬如學術家稱為「上古的哥白尼」的亞利斯塔查斯（Ａｒｉｓｔａｒｃｈｕｓ），在公元前三世紀就曾根據日出日落的現象，提出地球依軸心每天自轉一次的理論。但是，他與許多持類似觀念的天文學者所提出的假說，都被大哲學家亞里斯多德和托勒密嚴加拒斥，他們都堅持地球為宇宙中心的構想。
研讀古籍初見曙光
哥白尼研讀古典著作而發現了這些「非正統的」古代假說，很可能便由此而引起他的懷疑，進而重新研究這個問題。在哥白尼看來，亞利斯塔查斯在一千八百年前所提出的有關天體運行的解說，遠較托勒密的理論為簡單明白。
大約在一五一○年，哥白尼寫了一篇文章，說明他的新理論。這篇題為「小評」（Ｃｏｍｍｅｎｔａｒｉｏｌｕｓ）的文章在他生前並未公開發表，祇是手抄了若干份，分寄給當時的天文學者參閱。據圖書館界的調查，這篇文章的抄本至少有兩份得以保存至今。
在「小評」中，哥白尼說明他早已開始著手的研究工作，是由於托勒密有關宇宙的理論，「過分複雜，過分不合理，而且對於許多天體