Le gnomon constitue le plus simple et le plus ancien instrument d'observation et de mesure : son utilisation, aussi bien en Chine qu'en Égypte, remonte à plusieurs millénaires.
À l'origine, il s'agit d'un simple bâton planté verticalement ; les variations de la longueur de l'ombre projetée indiquent la position du Soleil à la fois dans la journée (à midi, l'ombre est la plus courte) et dans l'année (à la même heure, l'ombre est plus longue en hiver). Le moment où l’ombre correspondait précisément à la taille du bâton servait de mesure-étalon : l’ombre de tous les objets indiquait alors leur taille exacte. C'est à l'aide de cet objet simple que le Grec Ératosthène, trois siècles avant notre ère, mesura la circonférence de la Terre. À partir de la différence d'angle relevée, au solstice d'été à midi, entre l'ombre de deux gnomons, situés l'un à Syène, près de la première chute du Nil, l'autre à Alexandrie, il calcula, avec une marge d'erreur minime (39 600 au lieu de 39985 km), la longueur du méridien terrestre.