Gli antichi Maya erano avidi astronomi, registrando e interpretando ogni aspetto del cielo. Credevano che la volontà e le azioni degli dei potessero essere lette su stelle, luna e pianeti, quindi dedicarono del tempo a farlo, e molti dei loro edifici più importanti furono costruiti pensando all'astronomia. Il sole, la luna e i pianeti, in particolare Venere, furono studiati dai Maya.
Il periodo di massimo splendore dell'astronomia Maya era nell'VIII secolo d.C., e gli osservatori giornalieri Maya pubblicarono tabelle astronomiche che tracciavano i movimenti dei corpi celesti sulle pareti di una struttura speciale a Xultun, in Guatemala, all'inizio del IX secolo. I tavoli si trovano anche nel Codice di Dresda, un libro di corteccia scritto nel XV secolo d.C. Sebbene il calendario Maya fosse in gran parte basato sull'antico calendario mesoamericano creato almeno nel 1500 a.C., i calendari Maya furono corretti e mantenuti da osservatori astronomici specializzati. L'archeologo Prudence Rice ha sostenuto che i Maya hanno persino strutturato i loro governi basandosi in parte sui requisiti del monitoraggio dell'astronomia.
I Maya credevano che la Terra fosse il centro di tutte le cose, fisso e immobile. Le stelle, le lune, il sole e i pianeti erano dei; i loro movimenti furono interpretati come dei che viaggiano tra la Terra, gli inferi e altre destinazioni celesti. Questi dei erano molto coinvolti negli affari umani, e quindi i loro movimenti erano osservati da vicino. Molti eventi nella vita Maya erano programmati per coincidere con alcuni momenti celesti. Ad esempio, una guerra potrebbe essere ritardata fino a quando gli dei fossero al loro posto, o un sovrano potrebbe salire al trono di una città-stato Maya solo quando un certo pianeta era visibile nel cielo notturno.
Il sole era della massima importanza per gli antichi Maya. Il dio del sole Maya era Kinich Ahau. Era uno degli dei più potenti del pantheon Maya, considerato un aspetto di Itzamna, uno degli dei creatori Maya. Kinich Ahau avrebbe brillato nel cielo tutto il giorno prima di trasformarsi in un giaguaro di notte per passare attraverso Xibalba, il mondo sotterraneo Maya. In una storia del libro del consiglio di Quiche Maya chiamato Popol Vuh, i gemelli eroi Hunaphu e Xbalanque si trasformano in sole e luna.
Alcune dinastie Maya affermarono di discendere dal sole. I Maya erano esperti nel predire fenomeni solari come eclissi, solstizi ed equinozi, oltre a determinare quando il sole raggiunse l'apice.
La luna era quasi importante quanto il sole per l'antica Maya. Gli astronomi Maya hanno analizzato e previsto i movimenti della luna con grande precisione. Come per il sole e i pianeti, le dinastie Maya spesso sostenevano di discendere dalla luna. La mitologia Maya generalmente associava la luna a una fanciulla, una donna anziana e / o un coniglio.
La principale dea lunare Maya era Ix Chel, una potente dea che combatteva contro il sole e lo faceva scendere negli inferi ogni notte. Sebbene fosse una dea temibile, era anche la patrona della nascita e della fertilità. Ix Ch'up era un'altra dea della luna descritta in alcuni dei codici; era giovane e bella e potrebbe essere stata Ix Chel in gioventù o in un'altra forma. Un osservatorio lunare sull'isola di Cozumel sembra segnare il verificarsi del fermo lunare, il movimento variabile della luna attraverso i cieli.
I Maya erano a conoscenza dei pianeti del sistema solare - Venere, Marte, Saturno e Giove - e seguirono i loro movimenti. Il pianeta più importante di gran lunga per i Maya era Venere, che associavano alla guerra. Battaglie e guerre sarebbero organizzate in coincidenza con i movimenti di Venere, e allo stesso modo i guerrieri e i leader catturati verrebbero sacrificati in base alla posizione di Venere nel cielo notturno. I Maya registrarono scrupolosamente i movimenti di Venere e stabilirono che il suo anno, relativamente alla Terra, non al sole, era lungo 584 giorni, avvicinandosi da vicino ai 583,92 giorni che la scienza moderna ha determinato.
Come i pianeti, le stelle si muovono attraverso i cieli, ma a differenza dei pianeti, rimangono in posizione l'una rispetto all'altra. Per i Maya, le stelle erano meno importanti per il loro mito del sole, della luna, di Venere e di altri pianeti. Tuttavia, le stelle si spostano stagionalmente e sono state utilizzate dagli astronomi Maya per prevedere quando le stagioni andavano e venivano, il che era fondamentale per la pianificazione agricola. Ad esempio, l'ascesa delle Pleiadi nel cielo notturno si verifica all'incirca nello stesso momento in cui le piogge arrivano nelle regioni Maya dell'America centrale e del Messico meridionale. Le stelle, quindi, erano di uso più pratico rispetto a molti altri aspetti dell'astronomia Maya.
Molti importanti edifici Maya, come templi, piramidi, palazzi, osservatori e campi da ballo, furono realizzati secondo l'astronomia. I templi e le piramidi, in particolare, sono stati progettati in modo tale che il sole, la luna, le stelle e i pianeti siano visibili dall'alto o attraverso determinate finestre in periodi importanti dell'anno. Un esempio è l'osservatorio di Xochicalco, che, sebbene non considerato una città esclusivamente Maya, ebbe certamente influenza Maya. L'osservatorio è una camera sotterranea con un buco nel soffitto. Il sole splende attraverso questo buco per la maggior parte dell'estate, ma è direttamente sopraelevato il 15 maggio e il 29 luglio. In questi giorni il sole illuminerebbe direttamente un'illustrazione del sole sul pavimento, e in questi giorni erano considerati importanti per i sacerdoti Maya. Altri possibili osservatori sono stati identificati nei siti archeologici di Edzna e Chichen Itza.
Il calendario Maya era legato all'astronomia. I Maya fondamentalmente usavano due calendari: il Round Round e il Long Count. Il calendario dei conteggi Maya è stato diviso in diverse unità di tempo che utilizzavano Haab, o anno solare (365 giorni), come base. Il Round del calendario consisteva in due calendari separati; il primo è stato l'anno solare di 365 giorni, il secondo è stato il ciclo di Tzolkin di 260 giorni. Questi cicli si allineano ogni 52 anni.