除了在天文學方面的造詣，托勒密在地理學上也做出了出色的成就。他認為，地理學的研究對象應為整個地球，主要研究其形狀、大小、經緯度的測定以及地圖投影的方法等。他制造了測量經緯度用的類似渾天儀的儀器（星盤）和后來馳名歐洲的角距測量儀。托勒密有地理學著作八卷，其中六卷都是用經緯度標明的地點位置表。他的多數地點位置好象都是根據他的本初子午線和用弧度來表現的平緯圈之間的距離來計算的，因為他的經度沒有一個是從天文學上測定的，只有少數緯度是這樣測定的。

托勒密采用了波昔東尼斯測定的地球周長的較小數值，這就使得他所有用弧度表現的陸向距離都夸大了，因為他把每一弧度的距離定為五百希臘里，而不是六百希臘里。這樣一來，從歐洲到亞洲橫貫大西洋的洋面距離，看上去就比埃拉托斯特尼的計算值小得多，這項計算最后還導致了哥倫布從西面駛往亞洲的企圖。 

托勒密著有四本重要著作：《天文學大成》、《地理學》、《天文集》和《光學》。《天文學大成》--500年的希臘天文學和宇宙學思想的頂峰--統治了天文界長達13個世紀。這樣一本知識上參差交錯且復雜的著作，不是單獨一個人所能完成的。托勒密依靠了他的先驅者，特別是喜帕恰斯，這一點是無須掩蓋的。他面對的基本問題是：在假設宇宙是以地球為中心的、以及所有天體以均勻的速度按完全圓形的軌道饒轉的前提下，試圖解釋天體的運動。因為實際天體以變速度按橢圓軌道饒地球以外的中心運動，為了維護原來的基本假設，就要考慮某些非常復雜的幾何形狀。

托勒密使用了3種復雜的原始設想：本輪、偏心圓和均輪。他能對火星、金星和水星等等的軌道分別給出合理的描述，但是如果把它們放在一個模型中，那么它們的尺度和周期將發生沖突。然而，無論這個體系存在著怎樣的缺點，它還是流行了1300年之久，直到15世紀才被哥白尼推翻。

托勒密還曾制造了供測量經緯度用的、類似渾天儀的儀器和后來馳名歐洲的角距測量儀。通過系統的天文觀測，編出了1000多顆恒星的位置表。