Zegar słoneczny to urządzenie służące do określania czasu na podstawie zmiany długości cienia padającego na gnomon i jego ruchu na tarczy. Pojawienie się tego zegara wiąże się z momentem, w którym człowiek zdał sobie sprawę z zależności między długością i położeniem cienia słonecznego od niektórych obiektów a położeniem Słońca na niebie.

Najprostszy Zegar słoneczny pokazuje lokalny czas rzeczywisty, a nie lokalny średni czas słoneczny i nie uwzględnia różnicy między czasem urzędowym a lokalnym czasem słonecznym. Zegar słoneczny może być używany tylko w ciągu dnia, gdy niebo jest czyste lub gdy występuje lekkie zachmurzenie, które nie przeszkadza w tworzeniu wyraźnego cienia. Aby poprawić dokładność zegara słonecznego, należy uwzględnić poprawkę do formuły czasu. Gnomon był najstarszym przyrządem do określania czasu. Zmiana długości jego cienia wskazywała porę dnia. O takim prostym zegarze słonecznym wspomina Biblia (4 Krl 20:10, Iz 38:8).

Pierwszym znanym opisem zegara słonecznego w starożytnym Egipcie jest inskrypcja w grobowcu Setiego I, datowana na lata 1306-1290 p.n.e. Mówi ona o zegarze słonecznym, który mierzył czas na podstawie długości cienia i był prostokątną płytą z podziałkami. Na jednym jej końcu przymocowany był niski pręt z długim poziomym prętem, który rzucał cień. Koniec płyty z prętem skierowany był na wschód, a na znakach na prostokątnej płycie ustalano godzinę dnia, którą w starożytnym Egipcie definiowano jako 1/12 odstępu czasu od wschodu do zachodu słońca. Po południu koniec płyty był skierowany na zachód. Znaleziono również instrumenty wykonane na tej zasadzie. Jeden z nich pochodzi z czasów panowania Thutmose III :23 i datowany jest na lata 1479-1425 p.n.e., drugi pochodzi z Sais:88 (według innych źródeł z Faiyum) i datowany jest na lata 1000-600 p.n.e. Oba narzędzia przechowywane są w berlińskim Muzeum Egipskim, pierwsze pod numerem inwentarzowym 19744, drugie pod numerem 19743. Mają tylko pręt na końcu, bez poziomego pręta i mają pionowy rowek, aby nadać urządzeniu poziomą pozycję: 83-88.

Pozostałe dwa typy starożytnych zegarów egipskich, które mierzyły czas na podstawie długości cienia, były zegarami, w których cień padał na pochyłą płaszczyznę lub na stopnie.
Były one pozbawione wady zegarów z płaską powierzchnią: w godzinach porannych i wieczornych cień wystawał poza płytę. Te typy zegarów zostały połączone w wapiennym modelu w Muzeum Egipskim w Kairze, który pochodzi z nieco późniejszego okresu niż zegar Sais. Po jednej stronie modelu znajdują się dwie pochyłe płaszczyzny ze stopniami, z których jedna była zorientowana na wschód, a druga na zachód. Przed południem cień padał na pierwszą płaszczyznę, stopniowo opuszczając stopnie od góry do dołu, a po południu - na drugą płaszczyznę, stopniowo wznosząc się od dołu do góry, w południe nie było cienia :23.Po drugiej stronie modelu znajdują się dwie pochyłe płaszczyzny bez stopni, ten typ zegara działał podobnie do zegara ze stopniami. Szczególną realizacją typu zegara słonecznego z pochyłą płaszczyzną był przenośny zegar z Kantary, wykonany około 320 r. p.n.e. z pojedynczą pochyłą płaszczyzną, na której zaznaczono podziały i pion. Płaszczyzna była zorientowana na Słońce :91-94.

W 2013 r. naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei poinformowali o odkryciu zegara słonecznego, prawdopodobnie pionowego, liczącego 3300 lat, namalowanego na wapiennym ostrakonie. Zostały one odkryte w Dolinie Królów w pobliżu mieszkania robotnika między grobowcami KV29 i KV61

Pierwszą wzmianką o zegarze słonecznym w Chinach jest prawdopodobnie problem gnomonu podany w starożytnej chińskiej księdze zadań Zhou bi suan jing, opracowanej około 1100 r. p.n.e. :21 W erze Zhou Chiny używały równikowych zegarów słonecznych w postaci kamiennego dysku ustawionego równolegle do równika niebieskiego z prętem przebijającym go w środku, ustawionym równolegle do osi Ziemi. W epoce Qing Chiny produkowały przenośne zegary słoneczne z kompasem: albo równikowe - ponownie z prętem w środku tarczy, ustawionym równolegle do równika niebieskiego, albo poziome - z nitką jako gnomonem nad poziomą tarczą. Według Witruwiusza, babiloński astronom Berosus, który osiedlił się na wyspie Kos w VI wieku p.n.e., zapoznał Greków z babilońskim zegarem słonecznym, który miał kształt kulistej misy - tzw. scaphysis. Ten zegar słoneczny został udoskonalony przez Anaksymandra i Anaksymenesa. W połowie XVIII wieku podczas wykopalisk we Włoszech znaleziono dokładnie taki instrument, jak opisany w Witruwiuszu. Starożytni Grecy i Rzymianie, a także Egipcjanie, dzielili przedział czasu od wschodu do zachodu słońca przez 12 godzin, a zatem ich godzina (jako miara czasu) miała różną długość w zależności od pory roku. Powierzchnia wycięcia w zegarze słonecznym i linie "godzinowe" na nim zostały tak dobrane, aby koniec cienia pręta wskazywał godzinę. Kąt, pod jakim wierzchołek kamienia jest wycięty, zależy od szerokości geograficznej miejsca, dla którego zegar jest wykonany. Późniejsi geometrzy i astronomowie (Eudoksos, Apolloniusz, Arystarch) opracowali różne formy zegarów słonecznych. Zachowały się opisy takich instrumentów, noszące najdziwniejsze nazwy w zależności od ich wyglądu. Czasami gnomon, który rzucał cień, był równoległy do osi Ziemi.
.

Z Grecji zegary słoneczne dotarły do Rzymu. W 293 r. p.n.e. Papiriusz Cursor nakazał zbudować zegar słoneczny w Świątyni Kwirynału, a w 263 r. p.n.e. inny konsul, Waleriusz Messala, przywiózł zegar słoneczny z Sycylii.Ustawione na bardziej południowej szerokości geograficznej, pokazywały godzinę nieprawidłowo.Dla szerokości geograficznej Rzymu pierwszy zegar został ustawiony w 164 r. p.n.e. przez Marcjusza Filipa :24.Zegary słoneczne znajdowano w całym Imperium Rzymskim, zwłaszcza w willach, zarówno w Rzymie, jak i na prowincji[9].Jednym z najbardziej znanych przenośnych zegarów słonecznych jest zegar w kształcie szynki wieprzowej znaleziony 11 czerwca 1755 r. podczas wykopalisk w Herkulanum i datowany na koniec I wieku n.e. Jest on przechowywany w Narodowym Muzeum Archeologicznym w Neapolu pod numerem inwentarzowym 25494.

Zegary słoneczne były używane w starożytnych greckich koloniach na północnym wybrzeżu Morza Czarnego.Cztery kopie zegarów znalezionych na stanowiskach Panticapaeum i Kitei są przechowywane w Muzeum Kerczeńskim.
W staroruskich kronikach często wskazywano godzinę jakiegoś wydarzenia, co sugeruje, że w tym czasie w Rosji pewne instrumenty lub przedmioty były już używane do pomiaru czasu, przynajmniej w ciągu dnia. Czernigowski artysta Georgy Petrash zwrócił uwagę na regularności w oświetleniu przez Słońce nisz północno-zachodniej wieży Katedry Przemienienia Pańskiego w Czernigowie oraz na dziwny wzór ("meandry") nad nimi. Na podstawie bardziej szczegółowych badań zasugerował, że wieża jest zegarem słonecznym, w którym godzina dnia jest określana przez oświetlenie odpowiedniej niszy, a meandry służą do określenia pięciominutowego interwału. Podobne cechy odnotowano w innych świątyniach w Czernigowie i stwierdzono, że zegary słoneczne były używane w starożytnej Rosji już w XI wieku. Zachodnioeuropejskie przenośne zegary słoneczne pojawiły się w Rosji w XVI wieku.
W 1980 roku w radzieckich muzeach znajdowało się siedem takich zegarów. Najwcześniejszy z nich pochodzi z 1556 roku i jest przechowywany w Ermitażu; został zaprojektowany do noszenia na szyi i jest poziomym zegarem słonecznym z gnomonem sektorowym do wskazywania czasu, kompasem do orientacji zegara w kierunku północ-południe oraz pionem na gnomonie, aby nadać zegarowi poziomą pozycję.Wszystkie te elementy są zamontowane na płycie, która może odchylać się od pozycji poziomej, zapewniając możliwość korzystania z zegara nie na jednej, ale w przedziale szerokości geograficznych: 47-57 stopni. Inny przenośny rosyjski zegar słoneczny z XVII wieku jest przechowywany w Państwowym Muzeum Historycznym. Wykorzystują one rosyjską rachubę czasu, zawierają szyfry i tabelę długości dnia i nocy dla różnych miesięcy w roku. Skala z napisem cyfr od 1 do 9 na odwrocie tego urządzenia sugeruje, że są to podziałki godzinowe, a urządzenie było używane jako zegar słoneczny.

Za panowania Anny Ioannovny, 23 sierpnia 1739 r., wydano dekret Senatu, zgodnie z którym drewniane słupy werstowe zostały zainstalowane na drodze z Petersburga do Peterhofu, a w 1744 r. wydano dekret na drodze z Petersburga do Carskiego Sioła.

Zamiast słupów werstowych postawiono później "marmurowe piramidy" z dekoracją według dzieł Antonio Rinaldiego.Niektóre z nich posiadały zegary słoneczne, dzięki którym podróżny mógł sprawdzić odległość i czas."Marmurowe piramidy" z zegarami słonecznymi zachowały się w następujących miejscach: w Sankt Petersburgu na rogu nabrzeża rzeki Fontanki i Alei Moskiewskiej (w odległości jednego kilometra od budynku poczty) oraz w Puszkinie przy Bramie Orłowskiego :60-62, znajdującej się na południowej granicy Parku Katarzyny.Na "marmurowej piramidzie" przy Bramie Orłowskiego widnieje data instalacji - 1775 rok. Arabscy astronomowie (Thabit ibn Korra, Ibn al-Shatir, Abu-l-Hasan ibn Yunis) pozostawili obszerne traktaty na temat gnomoniki, czyli sztuki konstruowania zegarów słonecznych. Zasady trygonometrii służyły jako podstawa. Oprócz linii "godzinowych", na powierzchni arabskiego zegara zaznaczano również kierunek do Mekki, tzw. qibla. Szczególnie ważny był moment dnia, w którym koniec cienia pionowo ustawionego gnomonu padał na linię qibla.

Wraz z wprowadzeniem równych godzin dnia i nocy (niezależnie od pory roku), zadanie gnomoniki stało się znacznie prostsze: zamiast zauważać miejsce końca cienia na skomplikowanych krzywych, wystarczyło zauważyć kierunek cienia. Jeśli szpilka znajduje się w kierunku osi Ziemi, wówczas jej cień leży w płaszczyźnie koła godzinnego Słońca, a kąt między tą płaszczyzną a płaszczyzną południka jest kątem godzinnym Słońca lub prawdziwym czasem. Pozostaje tylko znaleźć punkt przecięcia kolejnych płaszczyzn z powierzchnią "tarczy" zegara. Najczęściej była to płaszczyzna prostopadła do szpilki, czyli równoległa do równika niebieskiego (godziny równikowe lub równonocne); na niej kierunek cienia zmienia się o 15° na każdą godzinę. We wszystkich innych pozycjach płaszczyzny tarczy kąty utworzone na niej przez kierunek cienia z linią południa nie zwiększają się równomiernie.

Gnomonika zajmowała się opracowywaniem zasad znajdowania różnych pozycji cienia na tych powierzchniach. Zegar słoneczny, jak już wspomniano, podaje nie średni, ale prawdziwy czas słoneczny. Jednym ze specjalnych zadań gnomoniki było skonstruowanie krzywej na tarczy zegara słonecznego, która wskazywałaby "średnie" południe w różnych porach roku. W średniowiecznej Europie gnomonika była praktykowana przez Apiana, Albrechta Dürera i Kirchera. Münster, który żył na początku XVI wieku, został uznany za "ojca gnomoniki". Istnieją równikowe, poziome, pionowe (jeśli płaszczyzna tarczy jest pionowa i skierowana z zachodu na wschód), poranne lub wieczorne (płaszczyzna jest pionowa, z północy na południe) zegary słoneczne. Budowano również stożkowe, kuliste i cylindryczne zegary słoneczne.

Równikowy zegar słoneczny składa się z kadronu (płaszczyzny z podziałką godzinową) i gnomonu. Podziałki godzinowe są naniesione na kadran w regularnych odstępach kątowych, tak jak na tarczy zwykłego zegara, a gnomon jest zwykle metalowym prętem zamontowanym na kadranie prostopadle do jego powierzchni. Następnie kadran jest orientowany w płaszczyźnie poziomej w taki sposób, że linia prosta łącząca podstawę gnomonu i podziałkę godzinową odpowiadającą południu jest skierowana równolegle do linii południa w kierunku południowym - dla półkuli północnej, lub w kierunku północnym - dla półkuli południowej, i jest nachylona względem płaszczyzny horyzontu odpowiednio w kierunku północnym lub południowym o kąt α=90°-φ, gdzie φ jest szerokością geograficzną miejsca, w którym zegar słoneczny jest zainstalowany. Kadrant będzie równoległy do równika niebieskiego (stąd nazwa tego typu zegarów słonecznych), a ponieważ sfera niebieska obraca się równomiernie w ciągu dnia, cień z gnomonu o każdej godzinie dnia będzie opisywał równe kąty (dlatego podziały godzinowe są wykonane w taki sam sposób, jak na tarczy zwykłych zegarów). Równe odstępy kątowe (t=15°) między sąsiednimi podziałkami godzinowymi, jak na tarczy zwykłych zegarów, oraz prostopadłość gnomonu do ramy to główne zalety równikowych zegarów słonecznych w porównaniu z zegarami poziomymi i pionowymi. Główną wadą równikowych zegarów słonecznych jest to, że w przeciwieństwie do poziomych zegarów słonecznych, będą one działać tylko od dnia równonocy wiosennej do dnia równonocy jesiennej (na półkuli północnej równonoc wiosenna przypada w marcu, a równonoc jesienna we wrześniu; na półkuli południowej równonoc wiosenna przypada we wrześniu, a równonoc jesienna w marcu). W pozostałej części roku nie będą one działać, ponieważ Słońce będzie znajdować się po drugiej stronie płaszczyzny równika niebieskiego, a cała górna powierzchnia kadranu będzie w cieniu. Oczywiście, tę wadę można wyeliminować, jeśli wykonać kadran w formie płyty, umieścić podziałki godzinowe i na górnej i na dolnej powierzchni, a gnomon kontynuować pod płytą, ale nawet wtedy w dniach zbliżonych do dnia równonocy wiosennej lub jesiennej zegar słoneczny nie będzie działać - Słońce będzie świecić na płytę nie z góry i nie z dołu, ale z boku. Poziome zegary słoneczne, podobnie jak równikowe zegary słoneczne, składają się z kadrona i gnomonu. Jednak w tym przypadku kadron jest ustawiony równolegle do płaszczyzny horyzontu. Najczęściej gnomon jest trójkątem prostopadłym do płaszczyzny ramy, a jeden z jego boków jest nachylony do niej pod kątem równym szerokości geograficznej miejsca, w którym zegar jest zainstalowany. Linia przecięcia gnomonu i kadranu jest skierowana równolegle do linii południa, linii, wzdłuż której w danym miejscu skierowany jest cień pionowego pręta w południe.