我國古代勞動人民在生產實踐中求得的最早的圓周率值是“ 3”，
這當然很不精密，但一直被沿用至西漢時期。後來，隨著天文、數學等科學的發展，研究圓周率的人越來越多了。
西漢末年的劉歆首先拋棄“3”這個不精確的圓周率值，他曾經采用過的圓周率是3.547。東漢時期的張衡也算出圓周率為3.1622。
這些數值比起“3”當然有了很大的進步，但是還遠遠不夠精密。至三國末期，數學家劉徽創造了用割圓術來求圓周率的方法，圓周率的研究才獲得了重大的進展。
不過從當時的數學水平來看，除劉徽的割圓術外，還沒有更好的方法。祖衝之把圓的內接正多邊形的邊數增多至二萬四千五百七十六邊形時，便恰好可以得出3.1415926＜π＜3.1415927的結果。
祖衝之還確定了圓周率的兩個分數形式約率和密率的近似值。約率前人已經用到過，密率是祖衝之發現的。
密率是分子分母都在1000以內的分數形式的圓周率最佳近似值。用這兩個近似值計算，可以滿足一定精度的要求，並且非常簡便。
祖衝之在圓周率方麵的研究，有著積極的現實意義，適應了當時生產實踐的需要。他親自研究過度量衡，並用最新的圓周率成果修正古代的量器容積的計算。
古代有一種量器叫作“釜”，一般的是1尺深，外形呈圓柱狀，那這種量器的容積有多大呢？要想求出這個數值，就要用到圓周率。
祖衝之利用他的研究，求出了精確的數值。他還重新計算了漢朝劉歆所造的“律嘉量”。這是另一種量器。由於劉歆所用的計算方法和圓周率數值都不夠準確，所以他所得的容積值與實際數值有出入。
祖衝之找到他的錯誤所在，利用“祖率”校正了數值，為人們的日常生活提供了方便。以後，人們製造量器時就普遍采用了祖衝之的“祖率”數值。
祖衝之曾寫過《綴術》5卷，彙集了祖衝之父子的數學研究成果，是一部內容極為精彩的數學書，備受人們重視。後來唐代的官辦學校的算學科中規定：學員要學《綴術》4年；朝廷舉行數學考試時，多從《綴術》中出題。
祖衝之在天文曆法方麵的成就，大都包含在他所編製的《大明曆》中。這個曆法代表了當時天文和曆算方麵的最高成就。
比如：首次把歲差引進曆法，這是我國曆法史上的重大進步；定一個回歸年為365.24281481日；采用391年置144閏的新閏周，比以往曆法采用的19年置7閏的閏周更加精密；精確測得交點月日數為27.21223日，使得準確的日、月食預報成為可能等。
在機械製造方麵，祖衝之設計製造過水碓磨、銅製機件傳動的指南車、千裏船、定時器等。他不僅僅讓失傳已久的指南車原貌再現，
也發明了能夠日行千裏的“千裏船”，並製造出類似孔明的“木牛流馬”運輸工具。
祖衝之生平著作很多，內容也是多方麵的。在數學方麵著有《綴術》；天文曆法方麵有《大明曆》及為此寫的“駁議”；古代典籍的注釋方麵有《易義》、《老子義》、《莊子義》、《釋論語》、《釋孝經》等；文學作品方麵有《述異記》，此書在《太平禦覽》等書中可以看到這部著作的片斷。
值得一提的是，祖衝之的兒子祖暅，也是一位數學家，他繼承他父親的研究，創立了球體體積的正確算法。他們當時采用的一條原理是：位於兩平行平麵之間的兩個立體，被任一平行於這兩平麵的平麵所截，如果兩個截麵的麵積恒相等，則這兩個立體的體積相等。
為了紀念祖氏父子發現這一原理的重大貢獻，數學上也稱這一原理為“祖暅原理”。祖暅原理也就是“等積原理”。
在天文方麵，祖暅也能繼承父業。他曾著《天文錄》30卷，《天文錄經要訣》1卷，可惜這些書都失傳了。
祖衝之編製的《大明曆》，梁武帝天監初年，祖暅又重新加以修訂，才被正式采用。他還製造過記時用的漏壺記時很準確，並且寫過一部《漏刻經》。