公元1303年，担任元朝太史院院长(太史令)一职的天文学家、水利学家、数学家郭守敬已经整整70岁了。按照元代的规定，国家最高级别的官员可在70岁时退休，但当时的元成宗下诏，不允许已经为国家服务了50年的郭守敬退休，因为国家还有许多事情要等着他去完成。
在元代，太史院是主管国家天文、历法、地质、水利的机构，虽然由皇帝直接管理，有资格直接参加“早朝”和国家的重要会议。但是同主管军事的枢密院、主管人事干部的吏部、主管财政的户部等“权力部门”相比较，属于清水衙门，是“技术”性部门，权利不大，品级也较低，早先最高的品级只有正五品。这些年来，太史院在郭守敬的领导下，在国家建设中发挥的作用越来越来重要，从元世祖忽必烈开始到元成宗，皇帝经常就国家建设方面的事项直接咨询郭守敬，而郭守敬渊博的知识和才华总是令皇帝得到满意答案，国家建设中的很多复杂问题在郭守敬的领导下迎刃而解。基于郭守敬出色的贡献以及太史院的重要地位，太史令的品级由“正五品”逐步被提升到“正二品”，其位置相当于国家的封疆大吏。
郭守敬是河北的邢台人，其父早逝，由祖父郭荣抚养长大。郭荣是金、元之际一位颇有名望的学者。郭守敬幼承祖父家学，精通五经，熟知天文、地理、算数，擅长水利技术。在郭荣的教养下，郭守敬从小勤奋好学，在少年时代就养成了很强的动手能力。郭守敬十六岁时，曾根据古书上的一幅插图，用竹篾扎制出一架测量天文用的浑仪，而且还堆土做了一个土台阶，把竹制浑仪放在上面，进行天文观测。郭守敬从20岁开始，追随当时的著名学者和官员张文谦，在河北地区兴修水利，开挖河道，整治被破坏的水系，做了大量的地质水利勘测工作。他还召集匠人，铸造了一套“宝山漏”，用来测量和计算时间。
郭守敬在31岁时得到了元世祖忽必烈的召见，他向皇帝提出了很多兴修水利和治理洪灾、整治河流的建议，得到了忽必烈的高度认可，皇帝对他非常欣赏，随即被任命为提举诸路河渠，掌管各地河渠的整修和管理工作。主管河渠期间，郭守敬一刻也没停下来，赶赴宁夏、河北、山东等地主持水利建设工作。郭守敬在治水过程中，始终贯彻灌溉、防洪、运输三位一体的指导思想，取得了良好的效果。在宁夏的很多地方，他修复了很多失修的水利工程，更立闸堰，使当地的农田得到灌溉，受到西夏百姓的爱戴，当地百姓甚至渠头上为他建立生祠以表达爱戴之情。
中国的元代，疆域面积史无前例的达到了1300多万平方公里，和现在的领土疆域相比较，向北方延伸了很远。为了便于控制疆域辽阔的大帝国，首次将首都选择了地理位置更靠北的北京。在古代，首都不仅仅是一个国家的政治中心，还承担着军事中心、国家的粮食贮备和货币储备中心等多重功能。当时北京是全世界最大的城市，有差不多近一百万的人口。在生产效率较低的古代，为一百万人口的城市供应粮食和消费品是一项极其庞大复杂的工程，而且生活在首都的皇室成员和贵族具有很强的消费需求。自隋代开凿了京杭大运河以后，通过大载荷的船只从富庶的江浙鱼米之乡向北京运输粮食和税收极大的保障了首都的供应。但是，京杭大运河的终点只能到达位于北京东面的通州，无法直接将钱粮运输到国家的仓库——位于紫禁城西的中南海。钱粮在从南方运输到通州后，需要二次通过陆运进入北京，中转所花费的成本极高。在之前，有很多人提出开挖通州到北京的运河来解决实际的运输需求，但均以失败而告终。原因是中南海的地势比通州高，是通州的上游，在没有蒸汽机的元代，无法实现从地势水位低的下游长距离向上游运输钱粮。
1291年，郭守敬通过实地勘查和计算分析，提出了开挖大都运河的新方案。忽必烈审阅完方案后非常高兴，命令由郭守敬任都水监事一职，全权负责新运河的开凿。1292年春，运河工程开工之日，忽必烈命令丞相以下官员一律到工地劳动，听郭守敬指挥。此举虽然只是个象征，但却反映了忽必烈对这条运河的重视程度和郭守敬在水利方面的权威。郭守敬领导并开挖了北京的白浮堰，开凿了由通州到积水潭（什刹海）大运河最北的一段——通惠河。他不仅根据大都的地形地貌解决了通惠河的水源问题，而且按地形地貌变化及水位落差，在运河中设闸坝、斗门，解决了河水的水量和水位。1293年七月，通惠河建成，忽必烈从上都（今内蒙古锡林郭勒正蓝旗）回到北京，路过积水潭，看到停泊在什刹海的运送钱粮的船只，非常高兴，亲赐名这条运河为通惠河，并对郭守敬进行嘉奖。
到了1298年，有人提议在上都西北的铁幡竿岭下，开凿一条宣泄山洪的渠道，向南通往滦河。继任者元成宗铁穆耳把郭守敬召到上都商议。郭守敬根据地势和历年山洪资料，指出这条宣泄山洪的渠道要宽到约80—115米。但负责修筑此工程的人认为郭守敬过于夸大事实，向皇帝请示把他定的宽度缩减了三分之一。谁知工程修筑好的第二年山洪暴发时，果然因渠道太窄，泛滥成灾，还险些冲及元成宗的行帐。元成宗在避水时感叹：“郭太史真是神人也，可惜我没有听他的话！”
郭守敬的才华和研究领域，不仅仅是地质水利方面，最杰出的成就是在天文和数学领域，其中以制订《授时历》最为出名。在古代的农业社会，历法对一个国家非常重要，以用来指导播种、收获、节日、祭祀的重要活动。元朝初年沿用过去金国的《重修大明历》，这个历法是公元1180年修正颁行的，行用了几十年后，误差积累已经相当严重，已经发生了好几次预推与实际现象不符的现象，再一次重新修改已经非常迫切。而且从政治意义来看，颁布元朝自己的历法具有昭示“改朝换代”的重要意义。
公元1276年，元世祖忽必烈下令调动了全国各地的天文学者，修订历法。这件工作名义上以当时的天文学家张文谦为首脑，但实际负责历局事务和具体编算工作的是精通天文、数学的王恂。当时，王恂想到了好友郭守敬，郭守敬非常擅长制造各种仪器并通晓天文。
制定新的历法需要精密的天文仪器来准确的测量出一年的24个节气，并准确的测定出地球和其他天体在天球中的位置。测量24个节气要使用到“圭表”，测量天体在天球中的位置要使用到“浑天仪”。圭表中的“表”是一根垂直立在地面的标竿或石柱；“圭”是从表的跟脚上以水平位置伸向北方的一条石板。每当太阳转到正南方向的时候，表影就落在圭面上。量出表影的长度，就可以推算出冬至、夏至等各节气的时刻。表影最长的时候，冬至到了；表影最短的时候，夏至来临了。它是我国创制最古老、使用最熟悉的一种天文仪器。这种仪器看起来极简单，用起来却会遇到几个重大的困难。首先是表影边缘并不清晰。阴影越靠近边缘越淡，到底什么地方才是影子的尽头，这条界线很难划分清楚。影子的边界不清，影长就量不准确。使用圭表时的第二个难题就是测量影长的技术不够精密。古代量长度的尺一般只能量到分，往下可以估计到厘，即十分之一分。按照千年来的传统方法，测定冬至时表影的长，如果量错一分，就足以使按比例推算出来的冬至时刻有一个至两个小时的出入，这是很大的误差。还有，旧圭表只能观测日影。星、月的光弱，旧圭表就不能观测星影和月影。
为了修订历法，郭守敬在河南的嵩山修建了观星台，新设计的圭表跟古代的圭表相比较进行了大量的改革。它由两部分组成，一是梯台体建筑，二是由台身北壁凹槽向北平铺于地的石圭。梯台体建筑高8.9米，连台顶观测室通高11.96米，台底东西长16.85米，南北长16.37米，台顶东西长8.05米，南北长7.55米。台顶可放置天文仪器，如简仪、仰仪等，以观测日、月、星辰。两观测室之间水平放置一根长1.97米，直径为0.08米的铜棒，又叫横梁，横梁下方有一石圭，长31.39米，宽0.53米，高出地面0.4米，由36块青石拼接而成。圭面有刻度，因而石圭又叫量天尺。石圭、凹槽、横梁组成圭表，可以观测日影。中午太阳升到上中天，也就是正南方时，横梁影子就投在圭面上某一刻度。连续观测横梁影子的长度，就可以推算出回归年长度和二十四节气时刻等。
为了制定新的历法，在郭守敬的领导下，进行了有史以来最大规模的天文学测量的工作，史称“四海测验”。在全国各地设立了27个观测站，东起朝鲜半岛，西至川滇和河西走廊，北到西伯利亚，南到南海诸岛。其测量内容之多，地域之广，精度之高，参加人员之众，在我国历史上乃至世界天文史上都是空前的。元世祖接受了郭守敬的建议，派遣监候官14人分道而出，在27个地方进行了天文观测。郭守敬本人从上都（多伦）出发，经过北京、河南、一直到达南海的黄岩岛，跋涉近万里，亲自参加了其中很多监测点的测量工作。
郭守敬根据“四海测验”的结果，并参考了1000多年的天文资料，70多种历法，互相印证对比，排除了子午线日月五星和人间吉凶相连的迷信色彩，按照日月五星在太空运行的自然规律，在公元1280年，编制成了新历法——《授时历》。《授时历》推算出的一个回归年为365.2425天，即365天5时49分12秒，与地球绕太阳公转的实际时间，只差26秒。《授时历》是当时世界上最先进的历法，在我国沿用了三百多年。
郭守敬是历史上第一个提出“海拔”概念的人，他一生发明了大量的天文、地理以及计时仪器，绝大部分设计科学、结构巧妙、制造精密、使用方便。他还编写出版了大量的天文、地理学著作。郭守敬是十三世纪世界最伟大的科学家之一。郭守敬的一生，节俭而单纯，以二品封疆大吏的身份，用脚步走过了华夏大地的山川河流。他兴修水利、修订历法、著书写作，造福百姓。
1316年，郭守敬在工作岗位上溘然长逝，享年八十六岁。在中国的古代，这是一个很长的寿命。正印了中国的那句老话：智者寿，仁者寿。
1970年，国际天文学会将月球背面位于（西经）134°，（北纬）8°的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。到了1977年3月，国际小行星中心将公转轨道位于火星和木星之间一系列小行星群中的一颗行星命名为“郭守敬小行星” 。
这颗被称作做“郭守敬”的小行星，质量和体积并不大，同中国历史上很多灿烂耀眼的政治明星相比较，可能并不起眼和出名；在星河灿烂的宇宙中间，显得沉稳而低调；在开天辟地的造化之中，在太阳光的照耀之下，始终闪烁着一股智慧和坚毅的光芒。
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