公元前110年，落下闳离开家乡四川阆中，赴古长安参加朝廷主持的立法改革。他利用自制的天文仪器观测星象，坚持从观测的实际数据出发制历，创造出了中国历史上第一部资料完整的科学历法《太初历》，可以取代使用了110多年的《颛顼历》。汉武帝采纳了《太初历》，并在公元前104年5月正式颁行这部科学历法时，改年号为“太初元年”。《太初历》首次确立了孟春正月为一元之始（即春节）的历日制度并一直沿用至今。此外，这部历法包括24节气、5星会合、交食周期等后世立法的主要要素，所测定的28宿赤道距离，即赤径差值沿用了近千年。

落下闳还是中国历史上重要的天文“浑天说”的创始人之一，经他改进的天文观测仪器“赤道式浑仪”，精确地测量出了日食周期，并提出了著名的“八十一分法”，在中国沿用了2000年。他无论在制造仪器还是历算方面，都对张衡、祖冲之等后来的科学家影响甚大。