二十四節氣起源于上古時代的農耕文明，古人通過觀察天體運行，結合農事活動而形成的時間體系。

二十四節氣的發展始于春秋，確立于秦漢，經曆了從二分二至到四時八節，再到二十四個節氣逐步完善的過程。

據《尚書·堯典》《周禮·春官宗伯》的記載，西周時期人們已經根據觀察太陽和月亮來確定四季。

春秋時期，古人開始利用圭表測影法在黃河流域測定節氣。

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“樹八尺之表，夏至日，景長尺有五寸；冬至日，景長一丈三尺五寸”，即豎起高爲8尺的標杆，在夏至日觀測，中午的日影是1.5尺，冬至日中午的日影是13.5尺。通過觀測標杆的日影長度變化，人們可以確定冬至、夏至等重要節氣的時間點。

古人又利用水均衡滴漏的原理，發明了漏壺來確定時刻。人們將晝夜時間相等的兩天定爲春分和秋分，將日影最長和最短的日子定爲冬至和夏至，由此確定了二分二至。

後來，隨著圭表測日技術的提高，立春、立夏、立秋、立冬四個節氣也被確定下來。《左傳·僖公五年》記載“分至啓閉”，就是指二分二至和立春、立夏、立秋、立冬八個節氣。

戰國時期，古人已經學會通過觀察北鬥七星在夜空中的指向來確定季節。

北極星位于地球自轉的地軸上，相對其他恒星是靜止的。北鬥七星所在的大熊座會每天繞北極星逆時針旋轉一圈，每4分鍾轉動1°，每小時轉動15°。由于地球同時也圍繞著太陽公轉，所以在每天的同一時刻，北鬥七星的鬥柄方向都有不同。戰國時期的《鹖冠子·環流篇》有記載：“鬥柄東指，天下皆春；鬥柄南指，天下皆夏；鬥柄西指，天下皆秋；鬥柄北指，天下皆冬。”

西漢初期，二十四節氣在《淮南子》的《天文訓》中被完整地記載下來。

公元前104年，漢武帝時期將“二十四節氣”納入《太初曆》國家曆法收錄，並以此來指導農事。采用土圭測日影（平均時間法）在黃河流域測定日影最長、白晝最短（日短至）這天作爲冬至日，以冬至日爲“二十四節氣”的起點，將冬至與下一個冬至之間均分24等份，每“節氣”之間的時間相等，每個節氣間隔時間15天，始于冬至，終于大雪。

東漢時期，張衡用銅鑄成了渾天儀，上面分列有二十八星宿和二十四節氣，說明當時二十四節氣已經很完善。

至此，二十四節氣在中國已經沿用了2000多年。

2016年11月30日，二十四節氣被列入聯合國教科文組織人類非物質文化遺産代表作名錄，被譽爲中國的第五大發明。