十五世紀末至十六世紀初，世界歷史出現了大變局，歷史學家稱為地理大發現時代，或大航海時代。歐洲的航海家發現了繞過非洲好望角，通往印度和中國的新航路；越過大西洋，發現了美洲新大陸。這些發現，標誌著一個新時代的開始，西方歷史學家把它作為中世紀與近代劃分的里程碑。這一轉折，最值得注意的是「全球化」初露端倪。從此，人類的活動不再侷限於某一個洲，而是全球各大洲；人類的視野不再是半個地球，而是整個地球。中國當然不可能置身事外。
徐光啟，字子先，號玄扈，松江府上海縣人。他的科舉之路並不順利，萬曆二十五年（一五九七），他在三十六歲時才成為舉人；萬曆三十二年（一六○四），四十三歲時才成為進士。正是這樣的經歷，使得他在踏入仕途之前，有機會接觸耶穌會士，接觸天主教和西學。
萬曆十六年（一五八八），他在太平府參加鄉試，落第後，前往廣東。在韶州，進入利瑪竇在韶州所建的天主教堂，遇見了郭居靜神父。利瑪竇這樣描述當時對他的觀感：「郭居靜神父在這裡居留的第二年，發生了一樁真正重要的事情。教堂這盞明燈保祿在這個教堂成了一名基督徒……他是一個可以期待成大器的人，上天註定了要他美飾這個初生的教會……他是一名出色的知識分子，天資美好，秉性善良。作為士大夫一派中的一員，他特別期望知道的是他們特別保持沉默的事，那就是有關來生和靈魂不朽的確切知識。中國人無論哪個教派都不完全否定這種不朽。他在偶像崇拜者的怪誕幻想中曾聽到許多關於天上的光榮與幸福的事，但是他的敏銳的思想卻只能是找到真理方休。」
有趣的是，利瑪竇把中國的鄉試（舉人考試）稱為「碩士學位考試」，把會試（進士考試）稱為「博士學位考試」。他說：「一五九七年，他在北京的碩士學位考試獲得第一名，這是帶來極高威望的一種榮譽。他在考博士學位時卻不那麼走運，他認為他的失敗是上帝的殊恩，聲稱這是他得救的原因。」指的是，萬曆二十五年（一五九七）徐光啟參加順天鄉試，為主考官焦竑賞識，選拔為第一名，成為解元。但是此後的會試，卻意外地名落孫山。利瑪竇之所以說徐光啟把這次失敗看作「上帝的殊恩」，使他「得救」，是因為落第使他在下次會試及第前，有了充裕的時間，進一步了解天主教，並成為天主教徒。利瑪竇說：「由於疏忽，他被算作第三百零一號與試者，而法定人數只限三百名，所以他的考卷被擯斥了。因此他無顏去見他的家人便隱退到廣東。正是在韶州，他和當時住在教團中的郭居靜神父交談，才初次和神父們結識，也正是在這裡他第一次禮拜了十字架。」
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萬曆二十八年（一六○○）徐光啟在南京遇見利瑪竇，他忙於趕回上海，來不及深談皈依的問題。三年後即萬曆三十一年（一六○三），他因事返回南京，拜會了羅如望神父。他進屋時在聖母像前禮拜，而且在首次聽到一些天主教的原理後，馬上決定信仰天主教。那一整天直到很晚，他一直安靜地思索著基督信仰的主要條文。他把教義的一份綱要─〈天主教要〉，還有利瑪竇神父的教義問答─《天主實義》的一個抄本帶回去閱讀。他請羅如望神父盡可能多地解釋某些段落，因為他必須在年底回家以前完成領洗。為了弄清他是否真正嚴肅地對待此事，神父要他每週一天來接受教誨。他回答說：我要一天來兩次。他確實這樣做了，總是準時到達。在他動身回家的那一天，他受了洗，正式成為天主教徒，教名保祿（Paul），神父們稱他為徐保祿。
次年，他再度參加會試，進士及第，被選為庶吉士，此後歷任翰林院檢討、少詹事兼河南道御史、禮部尚書兼文淵閣大學士。美國學者畢得信（Willard J. Peterson）認為，他可能是當時擔任官職最高的天主教徒，他的達官貴人身分並不影響他對天主教的虔誠信仰，在以後的三十多年中，他多次運用自己的財富、才智和政治影響，支持和推動天主教會活動，正如利瑪竇所言，他成為天主教在中國的「柱石」。
萬曆四十四年（一六一六），禮部侍郎、署理南京禮部尚書沈漼向朝廷上疏，主張排斥天主教，以「崇正學，黜異端，嚴華夷」為藉口，揚言天主教「有窺伺之心」，「有傷孝道」，「私習曆法」，「傷風敗俗」，請求朝廷禁止天主教。徐光啟挺身而出，寫了〈辯學章疏〉，維護天主教：「彼國教人皆務修身以事上主，聞中國聖賢之教，亦皆修身事天，理相符合，是以辛苦艱難、履危蹈險，來相印證。欲使人人為善，以稱上帝愛人之意。其說以昭示上帝為宗本，以保救身靈為切要，以忠孝慈愛為工夫，以遷善改過為入門，以懺悔滌除為進修。」他的結論是：「諸陪臣所傳事天之學，真可以補益王化，左右儒術，救正佛法也者。」所謂「左右儒術，救正佛法」云云，其實就是「易佛補儒」。
萬曆後期，明朝與後金的戰事屢遭敗績，徐光啟多次上疏，建議「京師宜築重層墩臺，鑄巨炮；薊州、遼左諸臺堡宜仿此修建」。所謂「鑄巨炮」，就是引進西洋的火炮技術，大量製造。在一份奏疏中說：「臣之愚慮以為，勘定禍亂，不免用兵；用兵之要全在選練……選用教師，群居聚處，日夜肆習之，又博求巧工利器，如車乘、甲胄、軍火、器械等，盡法製造，以配給之。」在另一份奏疏中，詳細設計了「都城萬年臺」的計畫：「臣再四思維，獨有鑄造大炮，建立敵臺一節，可保無虞。造臺之法，於都城四面切附門垣，用大石壘砌，其牆極堅極厚，高與城等，分為三層，下層安置極大銃炮，中層、上層以漸差小。臺徑可數丈，每臺約用慣習精兵五百人。其最大炮位平時收藏內府，第二三等藏之戎政衙門。聞有警急，既行修整安置，賊寇攻圍，相機施放，雖有大眾，一時殲滅矣。」此後又遵旨陳述「急切事宜」六條，其中「議徵求」條說：「軍中所需精好器甲，大小神器及軍火器材料，教師巧匠，有遠方所有，近地所無者，須一一徵求，以便傳授製造。」主要是指「西洋大小諸色銃炮」，亦即通常所說的西洋大炮。可惜的是，這些建議沒有得到採納。
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崇禎二年，徐光啟鑑於遼東形勢日趨緊急，上疏請飭當事諸臣，籌備西洋大炮，由西洋人擔任教練。皇帝採納了他的建議，下旨：「著西洋人留京，任製造教演等事。徐光啟還與總提協商酌行，仍擇京營將官軍士應用，但不得迂緩，多事勸諭。」同年十一月，清軍突破長城要塞，兵臨北京城下。朝廷上下在「守城」與「城外紮營」之間猶豫不決，徐光啟堅決主張「守城」，反對「城外紮營」，他說：「昔遼陽之變，臣再遺書諸當事云，城外列營置炮，萬分不可，只憑城用炮，自足拒敵。寧遠之捷，憑城用炮，殲敵萬眾，事可證焉。」皇帝當場採納這一主張。說：「既如是，定於守城，乃令安民廠造西洋炮，從西士法。」徐光啟遵旨，「晝夜練兵，飢渴俱忘，風雨不避，手面皸瘃，提點軍士。二十三日，德勝門外三發大炮，戕敵甚眾。十二月初九日，公奏請造大鳥銃二三千門，用資戰守。二十二日，疏陳訓練造銃四策。不一月，敵兵連遭挫折，公之力居多」。此事可以看作徐光啟把西學用於軍事最為成功的嘗試，也是他最受皇帝賞識的事功。
徐光啟晚年作為禮部尚書最大的事功，毫無疑問是用西學修曆一事。他自始至終強調向西方學習：
……臣等愚心，以為欲求超勝，必須會通；會通之前，先須翻譯。蓋大統書籍絕少，而西法至為詳備，且又近今數十年間所定，其青於藍、寒於水者，十倍前人。又皆隨地異測，隨時異用，故可為目前必驗之法；又可為二三百年不易之法；又可為二三百年後測審差數，因而更改之法；又可令後之人循習曉暢，因而求進，當復更勝於今也。……萬曆間，西洋天學遠臣利瑪竇等尤精其術，四十等年，曾經部復推舉，今其同伴龍華民、鄧玉函二臣見居賜寺，必得其書、其法，方可以較正訛謬，增補缺略。蓋其術業既精，積驗復久，若以大統書法與之會通歸一，則事半而功倍矣。
徐光啟在與利瑪竇等耶穌會士的交往中深刻認識到，西學是國家致盛治保太平之策。畢得信說：「徐（光啟）所發現的一種治學方法─向上天學習的方法，這一方法正如傳教士們所示範的那樣，這一方法又使他在繼承傳統的道德價值之上增加了重要地位和約束規條。『天學』集各種學問之大全，並非孕育於任何人的頭腦，而是奠基於被概括為『天』的整個外在世界之上。同時這些學問不是受制於當局的法令批准，而是服從於每個人自身的查究實證。」徐光啟之所以成為一個科學家，與他成為一個天主教徒以及對天主教教義的信仰密不可分。或許可以這樣說，如果沒有耶穌會士，沒有天主教，就不會有科學家徐光啟。
裴化行在寫到徐光啟受洗時，激情洋溢地說：「就在這時，未來的閣老保祿徐光啟確定不移地歸屬於教會，以後他成為全中國最大的光明。中國理想中最合乎人情、最高度平衡的一切，絕妙地集於他一身，至今也無人不折服（《天主教月刊》一九三三年為紀念他逝世三百週年用漢語出版的專號，刊載了許多表示崇敬心情的文章）。事實上，當我們靜觀『這位偉大的政治家，看見他位極人臣而始終保持謙遜平易，在比我們困難得多的條件下努力不懈地運用其影響為基督為教會服務的時候』，我們不禁聯想到與他同時代的那個人─英國人文主義最純淨光輝之一，即聖湯瑪斯．摩爾。」他還說：「就是在這種相當混亂的情況下，利瑪竇率人數不多的弟子（其中以後嶄露頭角的是保祿．徐光啟），英勇無畏地繼續其促成西方基督教文明和遠東儒教文明之間文化倫理接近起來的工作，其深度、強度和影響，現今的史家才開始予以正確估價。」
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