세종실록지리지, 신증동국여지승람, 승정원일기 등의 기록에 따르면 첨성대는 바깥에서 사다리를 놓고 창을 통해 안으로 들어간 후 꼭대기까지 올라가 하늘을 관찰했던 것으로 생각된다.
『세종실록지리지』에는 “그 가운데를 통하게 하여 사람이 가운데로 올라가게 되어 있다”고 하였으며, 『신증동국여지승람』에는 “그 속은 비어서 사람이 속으로부터 오르내리면서 천문을 관측했다”고 한다. 『승정원일기』에 따르면 영조 44년(1768) 2월 1일에 왕이 “경주 첨성대 위로 직접 올라가 보았는가?”라고 물으니, 홍계희가 “첨성대 안쪽의 돌이 층계를 이루고 있어 오를 수가 있습니다. 사인使人 : 심부름꾼에게 오르라 하여 첨성대 꼭 대기로 나오는 것을 보았습니다.”고 하였다. 이들 기록을 통해 보면 첨성대는 바깥쪽에서 사다리를 놓고 창을 통해 안으로 들어간 후에 사다리를 이용해 꼭대기까지 올라가 하늘을 관찰하였던 것으로 생각된다.