西方文化和科学技术多以实证为基础，计量测试技术不仅是科学发现的主要手段，也成为验证科学理论不可或缺的方法。在史前，西方人已开始对自然进行各种测量和观测，最初采用的参照标准多以人体或实物为代表，与我国最早的度量衡形态相似。例如：英国曾以英王亨利一世鼻至指之间的距离定义一个长度单位；德国则以最先走出教堂的16个男子脚的1/16作为一个长度单位。

西方宗教信仰多崇拜太阳，因此，西方历法也称“太阳历”。在古代，西方学者和占星家为了开展天文观测，发明了许多用于测量和观测天象的仪器或工具。例如，在文艺复兴时期，意大利天文学家哥白尼为了证明并推翻托勒密的“地心说”，曾在1497年3月9日利用“捕星器”和“三弧仪”等仪器准确测定并获得了金牛座亮星“毕宿五”隐没的时间数据。哥白尼在撰写的《天体运行论》中，观测计算所得的恒星年时间与现在精确测量的结果误差在百万分之一，他通过测量获得了月球到地球的平均距离等与现在精确测量的结果误差仅为万分之五。在哥白尼后，意大利科学家伽利略发明了摆针、温度计和天文望远镜，开创了以实验事实为依据的近代科学理论体系，也为之后牛顿建立物理学理论体系打下基础。

在西方自然科学理论形成过程中，古希腊著名学者亚里士多德的学说长期占统治地位。由于亚里士多德在天文学、物理学、哲学、文学等领域都作出非凡贡献，影响力巨大，在他死后的近千年里，西方竟无人能超越。直到17世纪后半叶，在英国终于出现了一位伟大的科学家——牛顿。牛顿在《自然定律》中描述了万有引力和三大运动定律，不仅为此后3个世纪物理世界的科学观点奠定了基础，也成为现代工程学的重要基础。牛顿的物理学理论源自他在测量中的发现。由于牛顿的科学发现和理论引入了物理量的概念，人们把牛顿物理学又称为“关于测量的科学”。在自然科学史中，计量科学与物理学相伴而生，并成为物理学的重要分支。近现代计量科学的研究成果也对物理学革命产生了重要的推动作用。牛顿发现，引力服从于一个普适定律：“中心相距某一距离的两个质量之间的力与两者中的任何一个的质量成正比，并与它们的中心之间的距离的平方成反比。”这个比例常数在宇宙任何地方应该是相同的。牛顿建立的引力常数对此后计量单位定义产生了极为重要的影响和作用。

如果说亚里士多德是西方的科学先驱，哥白尼的“日心说”构建起西方国家的近代科学体系，那么牛顿在物理学领域创建的理论和成果则是载入人类史册的最伟大科学成就之一。在牛顿奠定物理学理论基础后不久，西方就爆发了第一次工业革命，出现了理论、知识、发明创造、技术应用与生产力和地区间贸易共同发展的宏大场景。19世纪电磁理论应运而生，进一步拓展了人们认识自然的视野，也为各国统一测量单位和建立高准确度计量基准奠定了重要的基础。

在18世纪以前，法国各地区有上百种不同的计量单位，严重影响国内贸易。直到法国大革命前后，法国才建立起统一的长度计量标准，称为“米”。法国建立的“米”是一把用合金材料制作的尺，定义为地球子午线的四千万分之一。法国人明智地把“米”的定义与地球子午线的长度联系起来，使长度测量标准对应到更稳定的地球上，也使长度测量的准确度显著提高，这不仅为第一次工业革命建立了统一、精准的测量标准，也为20世纪出现的经济全球化浪潮奠定了基础。

1875年5月20日，17个国家在法国巴黎签订了《米制公约》，法国人创造的“米”和“千克”从此成为通行世界的“国际单位”。到2019年，“米制公约组织”成员共包含193个联合国成员中的109个，囊括了所有工业化国家和主要贸易国，成员的国内生产总值之和占全球总值的98%。为了让公众进一步了解计量，鼓励并推动各国计量领域发展，加强各国计量交流与合作，1999年10月举行的第21届国际计量大会根据计量科学家的提议，决定把签订《米制公约》的5月20日命名为“世界计量日”。