正如许多科学家的伟大成就源于儿时的好奇和执着一样，郭守敬也是在他小时候就对自然现象产生了浓厚的兴趣，尤其是爱好天文学，这也与郭守敬的祖父郭荣的熏陶是密不可分的。郭荣在数学、天文和水利方面有很深的造诣，郭守敬从小和他的祖父生活在一起，对自然科学知识产生了浓厚的兴趣。

    后来，郭守敬拜当时著名的科学家刘秉忠为师，潜心钻研数学、地理和水利，其间还曾经制作过一些天文仪器的模型。到了20岁那年，郭守敬还运用学到的知识，只用了四十五天就解决了邢台城北的小河淤塞的难题，充分显示了他在工程设计和施工方面的过人才干。

    1262年（中统三年），31岁的郭守敬得到了一个施展才华的宝贵机会，他经祖父郭荣的好友张文谦举荐，受到了元世祖忽必烈的召见，授命主持水利，从此开始了他的水利、天文与测量生涯。郭守敬的勤奋敬业也很快得到了忽必烈汗的信任和器重，他曾感慨万千地对大臣们说：“如果所有的任事者都能像郭守敬一样兢兢业业，就算没有辜负朝廷的重托了！”

    公元1264年（至元元年），任银符合渠使的郭守敬随张文谦到西夏（今甘肃宁夏一带）视察水利，为当地发展生产作出了很大贡献。此外，郭守敬还在河北、山东、元大都（北京）等地，兴建了不少工程，对当地交通运输、农田灌溉等都起到了良好的作用。他的努力赢得了当地群众对他的爱戴，有的地方还为他修建了祠堂作为纪念。

    十三世纪末叶，元世祖忽必烈经过多年艰苦的征战终于统一了全中国，为了巩固统治地位，顺应历史发展的要求，元朝把发展农牧业生产摆在了改革的第一位。1276年，元廷派王恂主持改革历法的工作，由郭守敬、许衡辅助编制新历法。郭守敬主张以实测为依据，并提出了“历之本在于测验，而测验之器，莫先于仪表”的革新主张，言简意赅地指出制造准确而精密的仪器是制定和衡量新历法是否准确的前提和基础。而当时的天文仪器大多数都是宋、金时期遗留下来的，早已破旧不堪了，即使勉强能够使用，也根本无法保证数据的精确性。

    在这种情况下，郭守敬便利用以后三年的时间，在原有仪器的基础上改良和创制了十多种天文仪器，其中简仪、赤道经纬仪和日晷仪用来观察天空中的日、月、星宿的运动，其机巧精密的程度令世人惊叹，据说这些天文测量仪器甚至比丹麦人第谷﹝Tycho Brahe﹞所发明的同样仪器还要早三百年。

    至元十五年（或十六年），郭守敬任同知太史院事，他在全国各地组织了庞大的天文测量网，并建立了二十七处天文观测站进行规模巨大的大地测量工作（告成观星台就是其中之一），他本人也亲自参加了这一路的重要测验，这就是历史上有名的“四海测验”。

    1280年（至元十七年），王恂、郭守敬等人汲取汉代以来四十多家历法之长终于编成新历，由忽必烈大汗定名为《授时历》。《授时历》采用了365.2425日为一回归年，测定了地球绕日一周的时间，与地球绕太阳公转的实际时间只差26秒，与现行的《格里高利历》（俗称的阳历）的周期相同，但比它早了300年，这一奇迹在世界上也产生了一定的影响。《授时历》堪称我国历史上使用时间最长、最精确的历法。此外，在天文计算的过程中，需要用到不少数学知识，郭守敬从中对三次内插法和球面三角作出贡献。

    公元1282年（至元二十三年），郭守敬迁升太史令，除了继续天文观测和研究以外，他还完成了天文学方面的著作百余卷，遗憾的是，除《授时历》经后人载入“元史”外，其它著作均未流传后世。

    公元1291年春，为解决粮食运输的难题，元世祖采纳了郭守敬提出的开挖大运河的建议，下令马上动工，由郭守敬担任了工程的总负责人。一年后，全部工程竣工，新开挖的大运河被定名为“通惠河”。“通惠河”的建成标志着郭守敬在水利工程设计方面卓越的创造性，也对发展南北交通和漕运事业起了很大的作用。此后，从南方运粮可直达北京，由中途转运所产生的很多问题迎刃而解。

    1316年，一代科学巨匠郭守敬因病溘然长逝，享年86岁。郭守敬一生取得的成就丰富而伟大，建树颇丰，因此千百年来一直受到中外人士的赞叹和敬仰，他在多方面、多领域中的卓越贡献以及在一些方面领先于世界水平三、五百年的骄人成就使他当之无愧地雄踞于当时的科坛之巅。