元朝建立后，刘秉忠曾上书提出《大明历》沿用了几百年，已经出现了一定的误差，需要修订新历法，但还没有来得及实施他就去世了。南宋灭亡后，忽必烈想起了刘秉忠的话，就派郭守敬负责天文测量并进行计算。郭守敬认为，历法准确与否，完全取决于测量是否精确。当时用于测量的浑仪是宋代在汴京制作的，而元朝首都在燕京，纬度有差别，加上年久失修，已经不能够准确测量了。郭守敬考察了浑仪的缺点，重新进行了修复。另外，他还制作出更加便于使用的简仪和高表等新式测量工具。
郭守敬认为在不同的地方测量，得到的数据是有偏差的，所以最好多在几个地方设立观测站，这样才能得到最准确的数据。忽必烈同意了他的意见，设置了14个监候官，把他们派往各地进行天文观测。观测站东至高丽，西至滇池，南至海南朱崖，北至铁勒，得到了大量精确的数据。
