Los mapas actuales se basan en la geografía matemática que se inició en la Grecia clásica, y aunque los avances cartográficos conseguidos por los griegos llegaron a niveles de perfección que no volvieron a ser igualados hasta el siglo XV, la idea general del mundo de la que partían no era muy distinta de la de los babilonios. Fueron los sabios cosmógrafos, astrónomos y matemáticos los que establecieron las primeras directrices para la representación científica de la superficie terrestre. Destacan Anaximandro y Hecateo, que enlazan con las tradiciones babilónicas, pero, sobre todo, la figura de Eratóstenes, quien dividió la Tierra en meridianos y paralelos aunque únicamente trazados sobre lugares bien conocidos y a intervalos irregulares ( y no regulares como realizaría posteriormente, en el siglo II a.C. Hiparco de Nicea). Se cree que el primer mapa que representaba el mundo conocido fue realizado en el siglo VI a.C. por el filósofo griego Anaximandro. Tenía forma circular y mostraba el mundo conocido agrupado en torno al mar Egeo y rodeado por el océano.  Los griegos en los tiempos de Homero y Hesiodo representaban el mundo como parte de la esfera (y no como un círculo), que se apoyaba en el cielo por medio del Atlas y cuyo borde superior rodeaba el Océano, dejando espacio en la parte inferior para el Tártaro, la región de la oscuridad, del fuego y de las tinieblas. Thales de Mileto, a quien los eclipses habían revelado la esfericidad de la Tierra, llegó a representarla en un globo de a pies de diámetro, modificando posiblemente las creencias de sus contemporáneos. A partir de entonces quizá cambió radicalmente la disposición de los elementos, dibujándose la parte habitada en el hemisferio superior, situando el océano en todo el resto de la superficie, es decir, en el hemisferio inferior. Entonces quedaba situado el Tártaro en el interior del globo, en donde los geólogos ubicaron el núcleo central incandescente, coincidencia curiosa en la que revive lo esencial de las ciencias antiguas.

Eratótenes de Cirene (276-196 a.C.):

Por su condición de geógrafo, matemático, astrónomo, poeta y filósofo algunos de sus contemporáneos le dieron el nombre de “pentatlos” que se aplicaba a los atletas que vencían en las cinco luchas delos juegos olímpicos. Uno de los mapas más famosos de la época clásica fue trazado por el geógrafo griego Eratóstenes hacia el año 200 a.C. Representaba el mundo conocido desde Gran Bretaña, al noroeste, la desembocadura del río Ganges, al este, y hasta Libia (Africa) al sur. Este mapa fue el primero en el que aparecieron líneas paralelas transversales para señalar los puntos con la misma latitud. En el mapa también aparecían algunos meridianos, pero éstos tenían una separación irregular.
Eratóstenes determina las dimensiones de la Tierra:

En el siglo III a.C., Eratóstenes de Cirene, bibliotecario de Alejandría en tiempo de Ptolomeo Evergetes, obtuvo la primera medida científica de la circunferencia terrestre, al comprobar en esa ciudad cómo el día del solsticio de verano no distaba del cenit más que la quincuagésima parte de la circunferencia del gran círculo de la esfera. Según la tradición, había un pozo en Siena (Asuan) a cuyo fondo sólo llegaban los rayos del sol del 20 al 22 de junio. Ello significaba que Siena estaba situada en el Trópico de Cáncer y como quiera que se conocía la distancia entre Siena y Alejandría, que era de 500 estadios, y en el supuesto de que esta última ciudad estuviera situada al norte de Siena, lo que hizo Eratóstenes fue medir el ángulo del sol al mediodía del 21 de junio, encontrándose que la inclinación de los rayos solares respecto de la vertical en Alejandría era una cincuentava parte del círculo (unos 7 grados aproximadamente), por tanto, un meridiano de la Tierra tendría que medir cincuenta veces más, es decir, 250.000 estadios. La compensación de sus errores le condujo a una precisión sorprendente; 250.000 estadios, es decir, 39.750 km para un valor real de 40.000 km.
El mapamundi de Eratóstenes:

Eratóstenes escribió un tratado de Geografía del que se conocen algunos fragmentos por Estrabón y otros. Este tratado fue destinado a ilustrar y explicar su mapa el mundo, el cual se ha perdido. Sin embargo, ha podido reconstruirse con suficiente detalle, merced a los relatos de diversos exploradores y marinos. Así los viajes de Patroclo al Caspio, de Hegastenes al Ganges, de Timosteno (jefe de la escuadra de Ptolomeo Filadelfo) por su tratado sobre puertos y de Filo, que visitó el Nilo. El mapa tiene forma rectangular y medía 75.800 estadios desde Sacrum Promontorium al Oeste, hasta la desembocadura del Ganges al Este y 46.000 estadios desde Tule al Norte, hasta el desierto de Libia. Dispone de siete paralelos por Meroe, Siena, Alejandría, Rodas Lisimaquia en el Helesponto, la desembocadura del Borystheme y Tule, los cuales se hallaban cauzados en ángulo recto por siete meridianos a intervalos irregulares y pasando por las Columnas de Hércules, Cartago, Alejandría, Tapsaco en el Eufrates, las puertas del Caspio y las desembocaduras del Indo y del Ganges. La parte habitada formaba una isla irregular rodeada por el océano. (Angel Madariaga) Toda distancia recorrida se medía en días de navegación, teniendo un supuesto de viento favorable que llevara la nave a 4 ó 6 nudos de velocidad. Los vientos eran fundamentales en toda travesía, ya que no sólo impulsaban a los barcos, sino también sugerían el clima a venir. De esta manera, los primeros viajes largos permitieron descubrir nuevos territorios. Apareció un primer documento cartográfico: el periplo de scylax (500 a.C.). Estos periplos describían los perfiles de las costas mediterráneas. En cada viaje eran anotados también los vientos, pues cada región tenía uno particular: los vientos recibían el nombre del país o región del cual procedían. Tolomeo (siglos I y II d.C.): 

Otro cartógrafo griego es Tolomeo, que vivió en el siglo I y II d. C. y cuya obra marca, a la vez, el apogeo de la cartografía antigua y el final del gran impulso investigador de los alejandrinos en ese campo. Aunque no ha llegado a nosotros ninguno de sus mapas, sin embargo, su famosa Geografía, nos ha legado una información fundamental para reconstruir posteriormente todos los lugares conocidos en aquel momento en Grecia -el ecúmene-, y levantar los mapas utilizando sus reglas: orientación con el norte arriba, el cálculo de las coordenadas y la reproducción de la esfera terrestre por medio de una proyección cónica. Fueron los primeros mapas en los que se utilizó de forma matemática un método preciso de proyección cónica, aunque tenía muchos errores como la excesiva extensión de la placa terrestre euroasiática. Hacia el año 150 d.C., escribió su Geographia que contenía mapas del mundo. 

El Almagesto:

Tolomeo, uno de los primeros astrónomos reconocidos, creó el Almagesto, del cual se derivó el cuadrante (es decir, la cuarta parte de una circunferencia de 360º). El cuadrante fue el primer instrumento usado masivamente por los navegantes del mundo, que lograba determinar con precisión matemática -aunque con un ligero error- la ubicación del barco. Luego vinieron el astrolabio, la ballestilla, el cuadrante de Davis, el quintante, hasta el sextante, que se emplea actualmente. Los navegantes se han valido siempre de la posición de las estrellas para saber su ubicación en cualquier punto de la tierra cuando se navega. De acuerdo a esta posición, los pilotos de los barcos empleaban complicados instrumentos que permitían calcular los ángulos de latitud y longitud a través de fórmulas matemáticas. Por ejemplo, al tomarse como referencia la Estrella Polar (en las regiones septentrionales o del Norte), estos instrumentos ayudaban a determinar el ángulo que forman la altura y distancia de la estrella respecto al observador en el horizonte. En el siglo XV se imprimieron en Europa los mapas de Tolomeo que, durante varios cientos de años, tuvieron una gran influencia en los cartógrafos europeos.