在天文学方面，玛雅人不仅有着久远的历史，还有着惊人的成就。
玛雅人对天象的观测非常重视，主要是由于农业生产的需要。玛雅人最早的建筑物不是庙宇和宫殿，而是天文台。玛雅人在没有沙漏和滴漏等计时器，更无现代天文仪器的情况下，借助一种安放在木架上的玉石管子，靠肉眼来观测宇宙。玛雅人已能比较准确地预测出日食和月食的时间，掌握了金星、月亮等的运行周期。玛雅天文学家通常把他们对天体的观测成果镌刻在巨大的石板上。
最令人惊叹的是，玛雅人把他们丰富的天文知识与建设结合在一起，他们建造的金字塔，其建筑方位、构造形式等往往同星球的运行及每一年中的各个季节有关。有的金字塔本身就是玛雅人用来观测天体变化的天文台。
雄伟壮观的玛雅金字塔墨西哥尤卡坦半岛北部的库库尔坎金字塔，平面为正方形，底大上小，四边棱角分明，塔身呈梯形，四面各有91级台阶，加上通往最高处圣堂的一级，正好是365级台阶，与全年天数相等。石阶两旁是宽达1.35米的边墙，朝北的两个边墙是下端雕刻成巨型蛇头，每年的春分和秋分时，在夕阳的照射下，出现“蛇影奇观”。
库库尔坎金字塔坐南朝北，偏西17°。春分和秋分是一年中仅有的昼夜均分的2天。每年3月春分这一天，当太阳向正西方下降时，北面扶墙上的光照部分棱角渐趋分明，其阴影从上至下开始由笔直形变为波浪形，犹如一条巨蛇从塔顶游向大地。蛇形光影的出现，玛雅人认为标示着“长羽毛的蛇神”将带给他们雨水，使土地肥沃，是他们开始耕地和播种的季节；当9月秋分这一奇观结束时，是“长羽毛的蛇神”离开人间的时候，意味着雨季的结束，旱季的开始。这一“蛇影奇观”不是偶然的巧合，而是玛雅人根据季节的变化，经过精心计算而设计出来的。
玛雅人在对太阳和星辰的长期观测中，逐渐发明了历法。玛雅人有4种不同的历法。第一种是玛雅历法，即每年分为13个月，每月20天，全年260天。第二种是太阳历，每年18个月，每月20天，年末外加5天，共365天。年度从每年冬至计算。每个月份都用与农事季节相关的名字命名，例如楚思（播种月）、摩尔（收割月）等等。太阳历是玛雅人日常生活的常用历法，这种历法已达到相当高的水平。第三种为金星历，玛雅人经过长期观察，发现金星在每8个地球年中恰巧走5圈，然后再重复同样的循环。于是他们用5除2920（8个地球年的天数），便得出每一金星年为584天的结论，而现代科学家的计算是583.92天，玛雅人计算每地球年误差仅72分钟，即每月误差6分钟，或每天误差不到12秒。第四种是太阴历，它确定一年为385天零8小时。公元765年，方圆500千米的天文祭司曾汇集在科潘，交换了各自的天象观测数据。
玛雅人发明了原始计数法。他们手足并用，因而发明了“二十进位”的计算法。但是当第二位进到第三位时。就成了十八进位，这可能同他们将一年分为18个月有关。因此，他们实际上用的是一种混合进位法。玛雅人的记数符号有三个，即点（·）、横（-）和一个椭圆形的符号。一“点”等于1，一“横”等于5，一个椭圆形符号等于二十进位，运用这3个符号可写出任何数字。
玛雅人在数学上的最大成就是使用了“0”的概念，这一发明比欧洲人大概要早700~800年。