조선 현종 10년(1669) 천문학 교수였던 송이영이 만든 천문(天文)시계로, 홍문관에 설치하여 시간 측정과 천문학 교습용으로 쓰였던 것이라 한다. 시계의 지름은 40㎝이고, 그 중심에 위치한 지구의(地球儀)의 지름은 약 8.9㎝이다. 2개의 추운동에 의하여 움직이는데, 하나는 시각을 위한 바퀴와 톱니바퀴들을 회전시키고, 다른 하나는 종을 치는 장치를 위한 것으로, 여러 개의 쇠구슬이 홈통 안을 굴러 내려감으로써 종을 치는 망치가 걸려 곧 종이 울리고, 회전바퀴 살에 붙은 주걱들에 의하여 쇠구슬이 들리면서 이 작동이 반복된다. 즉, 2개의 축을 동력으로 하여 여러 가지 톱니바퀴를 움직이는 시계장치와 지구의가 설치된 혼천의 두 부분이 연결되어 있어 시간과 천체의 위치를 동시에 알 수 있게 되는 것이다.
조선시대에 만든 천문시계 중에서 유일하게 남아있는 유물로, 조선시대의 전통적인 모델이었던 물레바퀴의 원리를 동력으로 삼은 시계장치와 서양식기계 시계인 자명종의 원리를 조화시켜 전혀 새로운 천문시계 모델을 만들어냈다는 점에서, 세계 시계 제작기술의 역사상 독창적인 천문시계로 높이 평가되고 있다.