《天学外史》与以往介绍中国古代天文学成就的著作迥然不同。书中多为前人所不欲言，或所不敢言者。作者在大量研究成果的基础上，将中国古代天学置于中国传统社会文化和世界天文学发展两大背景之下展开论述，内容包括：古代中国帝王出于政治目的而需要天学；古代中国哪些人从事天学活动；官营天学作为王家禁脔是中国几千年的传统。作者又以大量史实论证了：《周髀算经》与印度、希腊天文学的关系；印度、巴比伦天文学在中国和日本的传播；中国与伊斯兰天文学的交流；近代西方天文学传入中国及其所造成的影响与思想冲突。作者还讨论了天文学史的方法论问题，讨论了古代中国的宇宙理论，介绍了几乎所有重要的现存“天学秘籍”，并借助三个引人入胜的个案论述应如何看待古代中国的天学遗产。

《天学外史》系久已被视为作者成名作的《天学真原》一书的姊妹篇，两书内容正可相互补充和印证，但本书适合的阅读对象更为广泛。