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为了能够更准确地确定天体在天球上的位置，中国古代的天文学家们一直致力于探索新的观测技术。西汉天文学家落下闳根据浑天说制造了浑仪，经过历代观测者多番改进，一直到元代天文学家郭守敬彻底改变浑仪的结构，创制了简仪。
简仪由古代浑仪简化而来，在简仪诞生之前，这类古代天文观测仪器经历了一系列演变。
简仪的发展
自西汉制造出铜浑天仪以后，历代都有人改进、完善它。东汉中期，为了便于用浑仪观测太阳的位置，天文学家傅安、贾逵于永元十五年（103年）制出名为“太史黄道铜仪”的浑仪。此后，随着观测内容扩大，浑仪上的圆环也在不断增加，到唐宋时一个浑仪上甚至有十几个圆环。同时这也导致了它在构造上存在两大缺点：一是装配复杂，众多环圈中心都相重合，装配起来难免产生中心差，二是环圈交错，彼此遮掩，给观测带来不便。从北宋开始，逐渐出现了简化浑仪的趋势。北宋的沈括创制了新型浑仪——取消白道环，缩小某些部件的横截面积，以及透过调整黄道、赤道及地平诸环的位置，把它们做成扁平圆环，以减少对视线的遮挡。元代郭守敬设计制造的简仪与沈括简化浑仪的工作相呼应，只是他的简化更为彻底。他把经度、纬度、黄道这三个最重要的环分开安装，把其余环道统统从浑仪上去掉，另外打造了11个专门仪器。如此一来，这个简化浑仪的精度得到大大提高，而且操作简便。
简仪的结构
简仪主要由一架赤道经纬仪和一架地平经纬仪组成。它的上部有四道圈，构成赤道经纬仪，由上至下，依次是定极环、四游环、赤道环和百刻环。位于顶部的是定极环，用以校正仪器的极轴指向。定极环下面是四游环，用来测定天体的去极度。利用四游环和赤道环以及附属的界衡，可以测定天体的入宿度。（天体距北极的度数，称"去极度"；天体与二十八宿中某个宿的距星的度数，称"入宿度"。在古代，去极度和入宿度是表示天体位置的最主要数据。）简仪的下部有两道圈，组成地平经纬仪。竖直的由东向西转动的是立运环，当旋转窥衡（窥管）瞄准日月星辰时，可以测量天体的地平高度。平卧在下面的是阴纬环（地平圈），用以测量天体的方位角。（原先的浑仪只能测天体在中天时的地平高度，无法用来测量天体的方位角和处于其他位置的地平高度。）此外，它的底座上开有水平沟，并装有一只正方案，用以校准仪器的水平和朝向。
除了简化的结构，简仪还有两项为人称道的创新设计。
首先值得一提的是郭守敬在窥衡上添加了十字丝，用以精确对准天体。这个设计至今还在绝大多数天文望远镜寻星镜上应用，而且还被推广应用到狙击步枪瞄准镜上。
在简仪的结构中，赤道环可以在固定的百刻环上转动，试想一个扁平的大铜圈在紧挨着的另外一个扁平大铜圈上旋转，那么滑动摩擦的阻力就会很大，旋转起来必然费劲。郭守敬在“百刻环内广面卧施圆轴四，使赤道环旋转无涩滞之患”，即在两环之间平放四个圆筒形的短铜棒，让两个接触面之间，由原来的滑动摩擦改变为滚动摩擦，旋转起来非常灵便。它可以说是近代滚球轴承和滚筒轴承的祖先。郭守敬发明和应用的轴承，比西方文艺复兴时期达·芬奇设计滚筒轴承大约要早两个世纪。
简仪的贡献
利用简仪和其他仪器，郭守敬取得了一系列天文成果。例如，他精确测得一年为365.2425日（该数据与地球绕太阳公转一周的实际时间只差了26秒）；通过全天星表测定，测得恒星约2500颗；重新测定了黄道与赤道的交角……在这些实际观测的基础上，郭守敬和他的同事们于公元1280年修成了一部新的历法——《授时历》。
简仪是我国天文仪器制造史上的一大飞跃，它比西方同类仪器早诞生三百多年，欧洲直到1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。它作为中国古代科技的代表，被多次印在邮票上和宣传画上，传播到了世界各地。
中国和丹麦联合发行古代天文仪器特种邮票