在牛顿力学中，只需知道物体的移动距离和所花时间，即可计算其平均速度。同样的原理也适用于测量光速，只需掌握光线传播的距离和时间，即可得出结果。
早在伽利略时代，伟大的伽利略就提出了通过测量光的传播距离和时间来确定光速的方法。受限于当时的条件，他只能测量几千米的距离，而光速实在太快了，以至于在这么短的距离内无法精确确定时间。尽管伽利略的想法是正确的，但在当时的技术和实验条件下无法实现。
17世纪，天文学家罗默通过对木卫一的运动规律进行了长期观测，发现光速是有限的，并可以进行测量。初步计算表明光速约为二十多万公里每秒，尽管结果较为粗糙，但在当时已经是一项奇迹。
随着经典物理学的发展，许多科学家开始对光速进行测量。美国物理学家迈克尔逊长期在地球上进行光速测量，他的方法是在两座山峰之间设置旋转平面镜，以精确测量光的往返时间。最终，他在加州的两座山峰上成功测得了接近现代光速的数值。对于大多数计算而言，光速约为三十万公里每秒已足够精确。
如今，随着激光器和各种光电仪器的发展，光速的测量变得非常精确。例如，美国宇航员在月球上安装了平面镜，通过向月球发射激光并从平面镜接收返回的信号，可以精确计算光速以及地球与月球之间的距离。在电视剧《生活大爆炸》中曾有一集出现了类似情节，Leonard等科学爱好者制造了一台大功率激光器，用于测量月球距离。