近代人最为熟悉的古代天文学家是托勒密。他大概生于公元100年，因为据史书记载，从公元127年至151年，他在亚历山大里亚进行过天文观测。他的名字与亚历山大里亚的统治者一样，但与他们并无血缘关系。人们猜测“托勒密”这个名字可能得自他的出生地，因此他有可能出生于上埃及的托勒密城。如同欧几里得总结希腊古典时代的数学而写出著名的《几何原本》一样，托勒密系统总结了希腊天文学的优秀成果，写出了流传千古的《天文学大成》。这部13卷的著作被阿拉伯人推为“伟大之至”，结果书名就成了《至大论》（Almagest）。
《至大论》共13卷。第1卷和第2卷给出了地心体系的基本构造，并用一系列观测事实论证了这个模型。按照这个模型，地球是球形的，处在宇宙的中心；诸天体镶嵌在各自的天球上，绕地球转动；按照与地球的距离从小到大排列，天球依次是月亮天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天和恒星天。前两卷还讨论了描述这个体系所必需的数学工具，如球面几何和球面三角。第3卷讨论太阳的运动以及与之相关的周年长度的计算，第4卷讨论月球的运动，第5卷计算月地距离和日地距离。他运用希帕克斯的视差法进行计算的结果是，月地距离是地球半径的59倍，日地距离是地球半径的1210倍。这个结果与实际相比，前者比较准确，后者则相差很大。第6卷讨论日食和月食的计算方法，第7卷和第8卷讨论恒星和岁差现象，给出了比希帕克斯星图更详细的星图，而且将恒星按亮度分为6等。从第9卷开始到第13卷，分别讨论了5大行星的运动，本轮和均轮的组合主要在这里得到运用。
托勒密体系基本上是对前人工作的一种综合，而且主要依据希帕克斯的著作，以至有人甚至说托勒密的著述基本上是对希帕克斯的抄袭。不过这一点无法得到证实，因为希帕克斯的有关著作都已失传。抄袭的说法也不见得可靠，因为我们可以肯定，托勒密有自己的观测和自己的发现。托勒密的体系由于具有极强的扩展能力，能够较好地容纳望远镜发现之前不断出现的新天文观测，所以一直是最好的天文学体系，统治了西方天文学界1000多年。
托勒密还写过8卷本的《地理学入门》。这本书记述了罗马军团征服世界各地的情况，还依照这些情况画出了更新的世界地图。书中显示托勒密已经知道马来半岛和中国。他也计算了地球的大小，但比埃拉托色尼比较准确的计算结果小了许多。对古代人而言，埃拉托色尼算出的地球尺寸太大，太令人吃惊了。因为从当时已知的情况看，若埃拉托色尼是对的，那地球上大部分都是海洋了，而这是人们不太相信的，所以，当时的人们宁可相信比较小的数值。托勒密的这个错误借着他在天文学上的权威流传了1000多年。不过有意思的是，正是因为哥伦布相信这个比较小的数值，他才有勇气从西班牙西航去寻找亚洲。要是他知道埃拉托色尼是对的，也许他就不会去完成这次伟大的航行。
