古希臘人為製圖業做出了不可估量的貢獻。約公元前600至前200年之間，即偉大的古典希臘時期，許多愛奧尼亞哲學家和數學家都積極參與過地圖製作的理論而非實踐工作，並為其後歷代的西方繪圖者打下了基礎。希臘人的貢獻不可忽視：例如，他們第一次提出了世界是個球體。
地球的形狀是一千多年來人們都在思索的一個問題。巴比倫人認為地球是個漂浮的圓形平台，四周環繞著海洋；古埃及人則認為世界的形狀像雞蛋。泰利斯(Thales)的阿那克西曼德(Anaximander，約公元前611-前546年)——後來被希臘人冠以希臘「製圖第一人」的稱號——可能認為世界是圓形的，但沒有任何被認為是他畫的世界地圖的細節保留下來。數學家畢達哥拉斯(Pythagoras，約公元前588—前500年)設想地球是一個正球體，埃里亞(Elea，義大利南部城市)的巴門尼德(Parmenides，生於公元前515年左右)又將球體分為五個區:一個熱帶、兩個溫帶和兩個寒帶。
埃拉多塞( Eratosthenes，公元前276—前194年)為當時的製圖學作出了巨大的貢獻。他是一個希臘人，被埃及法老托勒密三世幼厄格特(Euergetes)任命為他兒子的導師，隨後又被任命為亞歷山大圖書館的館長。他也許是第一個測量地球周長的人。測量結果驚人地準確，只是因為他相信了畢達哥拉斯關於地球是一個正球體的說法才出現了誤差。其實，地球是個略扁的球體。

由於缺乏第一手資料，我們很難對古希臘人在製圖學方面的貢獻作一個全面的衡量。如果有的話，也是極少數創作於那個時期的地圖被保存了下來，這在很大程度上是因為那些地圖都被繪製在易損壞或可再利用的材料上。通常地圖都被畫在木頭、羊皮紙、莎草紙或者布上，偶爾也會被刻在青銅上。那些保存下來的地圖大部分都是中世紀的複製品。
然而，並非僅僅是地圖失傳了。例如，埃拉多塞寫的兩部著作《地球的測量方法》( Measurement of the Earth)和《地理學》( Geographica)概述了他推論出的地球圓周的測量方法，並描述了怎樣去繪製一張世界地圖，但它們都已遺失。幸運的是，像希羅多德( Herodotus，約公元前495—前425年)——對地理學非常感興趣的一個歷史學家——和斯特拉博( Strabo，約公元前64—公元21年)這些人的文章保留了下來，幫我們大致了解了早期的希臘繪圖者和他們的成就。希羅多德可能是西方文學史上第一個明確提到地圖的作家，在他的《歷史》( Histories)一書中寫道:「有一塊銅板上刻著整個世界和它所有的河流與海洋。」斯特拉博的著作《地理學》(Geographica)有十七卷，它不僅包含了對早期的地理學作家和製圖者的翔實評論，而且還向我們提供了當時已知世界的一幅生動的文字畫面。
只有通過斯特拉博和當時的另一個希臘學者克萊奧邁季斯( Cleomedes)的記述，我們對埃拉多塞所繪製的地圖才有所了解，從中可以得知他將一幅世界地圖呈獻給了埃及皇室，該圖是按比例繪製世界的一次嘗試。此圖使用了正交投影，已知的世界被拉成了一個平面，這樣緯度和經度之間就會形成一個直角。該圖對希臘和羅馬的製圖師影響深遠，甚至還影響到以後的學者，儘管他們認為有比埃拉多塞和用平行線和垂直線構成正交投影網格更加科學的劃分世界的方法。

托勒密和他的遺產

克勞迪烏斯·托勒梅斯(Claudius Ptolemaeus)，就是我們今天所熟知的托勒密，他生活於約公元90至168年之間。托勒密的名字是羅馬名字，但他名字的中間卻是馬其頓王朝的名字，該王朝從亞歷山大大帝開始就一直統治著埃及，直到它被羅馬征服才結束。關於托勒密的生活我們知之甚少，一般認為他在上埃及(Upper Egypt)出生長大的，但他成年之後的大部分時光都是在亞歷山大度過的，那個以其圖書館而聞名的港口城市當時已經成了希臘世界的文化之都。
托勒密在他的著作《天文學大成》(Almagest)中為其有關地球的描述建立了數學基礎,並開始編纂他的巨著八卷的《地理學導讀》(Geographie Hyphegesis)，即現在所熟知的《地理學》(Geography)。這部著作既論述了地圖的數學解析(在一個平面上再現球體的解決方案)，又是一部地名詞典，收錄了8000個地名和地貌特徵以及它們的經緯坐標。坐標系可以把各個地方按照天文觀測法測出的實際位置畫在地圖上。該著作的第卷是那篇數學論述，二至七卷是坐標系表格，因此它相當於一部以數學為基礎的地圖編輯說明。

托勒密寫道，繪圖師的首要任務是按比例測量世界：地理學的任務是按恰當的比例去測量整個世界，就像測量人的頭部比例一樣精確。
托勒密運用了兩種地圖投影：一種是圓錐投影，就是將平行的緯度線畫成同心的圓弧；另一種是偽圓錐投影(pseudomonic projection)，就是將經度畫成環形而不是直線。他的地圖上北下南。《地理學》的第八卷據說收錄了個別地區的地圖：10幅歐洲地圖，4幅非洲地圖和12幅亞洲地圖。但是這些圖無一傳世，所以關於托勒密是真的畫了他所說的這些圖，還是僅僅介紹了怎樣編纂它們，學者們的意見難以統一。真正保存下來的是該著作的複製品——沒有附圖，並於9世紀被譯成了阿拉伯文；後來又流傳到拜占庭(Byzantium)，在那裡地圖被繪製了出來，但直至1406年這些圖才傳入拉丁語系的西方世界。從此，並且時至今日，托勒密繪製地圖的理論都主宰著製圖學，特別是地形圖和世界地圖的繪製。

地圖與羅馬人

如果說希臘的製圖者為隨後的西方製圖學提供了理論基礎，那麼羅馬的製圖者的製圖工作則更務實。他們對精確的數學計算關注甚少，更注重以適合其政治，軍事或行政管理的最佳方式來傳達信息。
羅馬最早的世界地圖可能是尤利烏斯·愷撒( Julius Caesar，公元前100前44年)下令製作的，但他生前沒能目睹該圖竣工。公元前44年，就是他被暗殺的那一年，他讓四位居住在羅馬的希臘製圖者來勘測當時的已知世界。愷撒去世後，這項歷時三十多年的工作由軍事將領馬庫斯·維皮薩尼烏斯·阿格里帕(公元前64—前12年)接手，他是年輕的奧古斯都( Augustus，公元前63—前14年)——即屋大維( Octavian)——爭當愷撒繼承人的最早的支持者之一。儘管他也沒能目睹地圖測繪工作的完工——奧古斯都接管了收尾部分的監管工作，但該圖被歸在他的名下是為了紀念他對奧古斯都和羅馬帝國所作的貢獻。

奧古斯都對世界地圖的渴望就像他對地理學和其帝國不斷擴張的勢力範圍的興趣一樣，也是政治謀略的產物。他致力於在南歐和北非建立新的殖民地，以供內戰遺兵居住。他打算在羅馬公開展出的這樣一幅地圖，會呈現出這些殖民地的位置。奧古斯都還決心在他所統治的不同種族的人民中建立起羅馬帝國的仁愛形象，他也許意識到阿格里帕的地圖是強化這種形象的有力的宣傳工具。當它最終被展出的時候[它是被刻在或畫在大理石上，並被固定在拉塔大街(Via Lata)上一處柱廊的牆上]，人們一眼就可以看到帝國的遼闊疆域。它可能是長方形的，上北下南。該圖以及在羅馬帝國其他城市可能展出過的副本都沒能保存下來。然而，在老普林尼的名著《自然史》中有關於該圖內容的詳細描述，但不能確定普林尼是否真的見過它，或僅是依據阿格里帕所寫的地圖說明。

雖然出自羅馬早期的地圖鳳毛麟角，但顯然製圖業從一開始就以精確、詳細的土地勘測為主旨。通常，所有的地圖都有兩個副本：一本歸羅馬的國家檔案局，另一本歸地方政府。因為羅馬人的統治擴展到已知世界的大部分領域，所以這些測量工作變得前所未有的重要。被占領地分給了退伍軍人作為財產，以達到統治該地區的目的。土地被劃分成長方形——在城鎮，被劃分成大小不一的街區；在鄉村則以100平方米的大小來劃分——是建立有效管理體系的基本前提。
關於如何實施這種測量的教科書在公元前1世紀就出現了；現存已知最早的羅馬測繪地圖可追溯至公元前167—前164年。約公元350年，最重要的測繪地圖被收集在《土地丈量者的[文獻]記載》(Corpus Agrimensarum)中。最初的手稿寫在莎草紙上，早已蕩然無存但繪於公元800年的一件複製品卻非常
精確。直到5世紀晚期西羅馬帝國滅亡，測量工作對羅馬的製圖業來說一直都至關重要。

城市平面圖

羅馬的繪圖師同樣關注城市地圖的繪製，一個傑出的典範就是《羅馬城市圖》（Forma Urbis Romae)——出奇詳細的一幅羅馬測繪地圖——刻在150塊大理石板上，製作於約公元203-208年間，即塞普蒂米烏斯·塞外拉斯( Septimius Severus)在位期間。該圖是不是羅馬第一幅大比例尺地圖還不能確定，因為有證據表明，早在公元74年，當時的皇帝韋斯巴薌(Vespasian)和他的兒子蒂圖斯(Titus)就已經下令測繪這座城市了。然而，正如我們從現存的約1200塊碎片中所領略到的那樣，《羅馬城市圖》的確具有氣勢磅礴的尺幅。
該圖成品有18米×13米大，被懸掛在附屬於韋斯巴薌和平神廟的圖書館的外牆上，公元191年的一場火災後，塞普蒂米烏斯·塞外拉斯下令重建了這座廟宇。該圖的目的簡單明了：通過帝國首都的雄偉和恢弘的規模而令觀者對它心懷敬畏。詳盡的繪製手法把這座城市的每一處公共和私人建築都精確地記錄了下來。地圖以近似於東南方向為方位坐標，以卡彼托山(Capitoline Hill)為中心。平均比例尺大約為1:300，但有些公共建築被不合比例地放大了，以突顯其重要性；出於同樣的原因，某些神廟被塗成了紅色。

路線圖

「條條大路通羅馬」這句俗語並不完全正確，但羅馬人是古典世界卓越的築路者卻不假。儘管羅馬的道路系統相當複雜，旅行者們還是依靠口頭相傳的信息和當地的嚮導來識別方向。一些人可能已經獲取了旅遊指南：即從起點開始按照正確的順序排列下去的串地名。《波伊廷格地圖》是一個繪製於13世紀的羅馬路線圖的複製品，原作繪於4世紀。該圖彙集了許多旅行者的行進路線，圖上大部分城鎮的名字都是奪格或賓格的形式(「從羅馬」或者「到羅馬」)，這表明它們節選自從一個地方到另一個地方的路線書面說明也許是某個人忽略了時代的差異而收集了所有能找到的路線並繪製了該圖，而這又是出於虛榮心——僅僅為了展覽而已。
該圖以奧古斯堡的一個古物收藏家康拉德·波伊廷格( Konrad Peutinger，465-1547年)的名字來命名，是他在1508年從一個名叫康拉德·比克爾( KonradBickel)的圖書館館長那裡繼承過來的。比克爾不清楚此圖的出處，但波伊廷格意識到了它的價值，並非常推崇它作為羅馬世界的獨特記載的重要性。該圖震驚世人的是它奇怪的尺寸和形狀，它由11張羊皮紙組成——第12張可能展示了西班牙、葡萄牙和大不列顛的西部地區，但早已丟失，它的總寬度大約是高度的20倍。它們沒有統一的形狀和比例尺,使得地圖的南北距過近，而東西距又顯得過遠。該圖的奇怪尺寸可能是因為作於4世紀的那張地圖的原稿是更早些時候的一幅莎草紙圖卷的複製品，雖然那種圖卷可能會相當長，但它們的寬度是有限制的。
此圖囊括了羅馬帝國全境、近東、印度的恆河流域、斯里蘭卡，甚至還提到了中國。圖中記錄了不少於555座城市和3500處其他地區的名字。道路由連續的線條標出，上面還有標明兩地距離的數字。製圖者所採用的標記體系極其精細，從城鎮到重要的別墅、神廟、浴場、穀倉、燈塔，每一處都作了標記。

拜占庭的地圖

關於拜占庭在製圖史上的地位，還沒有被系統地研究過，但是，拜占庭無疑為保護人類知識作出過卓越的貢獻。例如托勒密的著作就是通過拜占庭傳到中世紀晚期的西方的。也正是通過拜占庭的世界，我們了解到一個關於地球構造的更為奇特的解釋。科斯莫思·因迪奧普魯斯得( Cosmos Indiopleustes，公元540年在世)是一個來自亞歷山大港的遊歷甚廣的商人——他的姓暗示出他最遠可能到過印度——這成就了他後來的十二卷《基督教地形學》( Christian Topography)和其他兩本書，但那兩本書已失傳。科斯莫思認為地球是平整的長方形，上面罩著一個圓頂或盒子，這完全是他自己的想法，並沒有得到同時代的人的認可。《基督教地形學》的副本完成於拜占庭時期，但製作動機更多的是出於對它的好奇而不是信服。西歐對其著作的興趣也僅僅始於17世紀，而它也只是作為被誤導的中世紀信仰的一個例子飽受譏諷。

馬達巴的馬賽克地圖

已知現存拜占庭時期最大最詳細的地圖就是馬達巴( Madaba)的馬賽克地圖了——位於約且馬達巴的聖喬治希臘東正教的教堂中，其創作始於公元542年，直至東羅馬帝國的皇帝去世，歷時23年之久。1884年，它被再次發現，雖然只有部分保存完整，但仍足以震撼每一位觀眾。
這幅馬賽克地圖的創作者的初衷是想繪製聖地( Holy Lands)的全景，那意味著該圖應該包括從地中海到約旦河東岸，從北部的敘利亞到埃及的尼羅河三角洲的區域。因此，這幅馬賽克地圖非常龐大，據估算，最初可能至少有24米×6米大，占滿了教堂正殿的整個寬度，而且製作它的手工藝者需要至少兩百萬塊馬賽克片。
該圖設色廣泛：兩個主色之一的藍綠色用來代表山脈；另一個是紅色，用來代表城鎮的建築。整幅地圖包括了一個平原和一些河流，湖泊、沙漠、綠洲、城市和鄉鎮，所有這些都以圖畫的方式優美地表現出來，畫面上甚至還表現了橫渡約旦河的一隻渡船。表現耶路撒冷的方法特別有意思，它的尺寸被有意誇大了，這無疑是要說明——對當時以及後來漫長歷史中的基督徒來說——這座城市是精神世界的中心之一。它被描繪成一個被城牆圍成橢圓形的城市，城中有一些標誌性的建築，如長墓教堂，聖母馬麗亞新教堂、大馬土革城門，還有公共浴場。

中國的製圖學

我們已知最早的中國地圖可追溯至公元前2100年左右，但這個國家最早的器測活動被認為是從公元前6世紀開始的。在漢朝統治時期(公元前206一公元220年)，中國人就建立了一套以注重比例尺為核心的數學製圖慣例。
些早期的中國地圖是出於軍事目的而繪製的，而其他地圖——土地測繪圖、地形圖——都是協助統治王朝及其官員治理國家的工具。1972至1974年間，在湖南長沙郊區馬王堆的一座漢墓中發掘出土了三幅地圖，其中一幅被認為具有軍事功能，它是為公元前168年左右的長沙的統治者準備的。它和同時出土的其他兩幅地圖被認為是世界上現存最早的以土地測量為基礎的地圖。
從3世紀開始，在地圖上或地圖附帶的小冊子中逐條標註如距離和方向等信息以及物理特徵的描述，已成為製圖工作的標準。這些非常實用的「帶說明的地圖」被分發給朝廷的官員，幫助他們熟悉所要前往管轄的區域，這使得地圖成了重要的管理工具。
裴秀(224-271年)是當時最著名的學者之一，他於公元267年升任司空，負責建立了很多規範中國地圖繪製的法則。在他提出的「製圖六體」中，裴秀特彆強調了比例尺、位置、距離、地勢起伏和傾斜角度，以及對精確測量的嚴謹思考和對地理細節的密切關注。