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在周朝初期著作《周礼》中已能发现二十八宿部分宿名，在春秋战国时期已经完备了。有关二十八宿及四象的记载，最早见于《史记》。学术界对二十八宿的起源时间和地点有着诸多的分歧。传统认为，中国二十八宿体系的创立年代最早只能上溯到公元前八至前六世纪。1978年考古学家在湖北随州的战国曾侯乙墓的墓葬中，出土了绘有二十八宿图像的漆箱盖，这是迄今为止发现的最早的关于二十八宿的实物例证。
中国古代把北极附近的三垣定为中官，而二十八宿实际上是自四象细分出来的，二十八宿以南的星区则称为外官，即“中官+四象+外官”，这只是中国古代为数诸多的星区划分方法之一。除此之外也有把星区分为七个区域的“五兽+中官+外官”、分为11个区域的“九野+中官+外官”等多种方法，只不过“中官+四象”的划分方法流传较为广泛罢了。
古代中国以星官来划分天空。最早记载星官的著作是司马迁的史记·天官书，其中录有91个星官共五百多颗恒星。到隋朝的《步天歌》中已记载星官283个，它们分别属于三垣或二十八宿之一。三垣是指环绕北极天空所分成的三个区域，分别是紫微垣、太微垣和天市垣，而在环黄道和天球赤道近旁一周分为四象，四象中又将每象细分成七个区域，合称二十八宿。中国古代以太阴历纪年，由于月亮围绕地球自转一周约为每月廿八日，因此每天经过一区的称为“宿”或“舍”。到了明朝末期，由于西学东渐的影响，徐光启所编的《崇祯历书》参考欧洲天文学的数据增补了近南极星区的星官23个。
对星空划分为三垣、四象和二十八宿的先后顺序存在着不同意见。民国时期的天文学家高鲁在其所著的《星象统笺》里认为三垣出现最早，然后是四象，二十八宿出现最晚。曾任北京天文馆第一任馆长的天文学家陈遵妫则在其著作中认为四象出现较早，而后分为二十八宿，而三垣则最后，并指出三垣之名在隋朝《丹元子步天歌》才出现，三垣二十八宿的形制也是在此形成并沿用。