Nos primeiros séculos da Idade Média, os grandes navegadores foram os nórdicos: dinamarqueses, frísios e outros povos traçaram desde o século III os itinerários futuros dos viquingues. Estes, a partir do século IX, exploraram o Atlântico norte, colonizaram a Islândia e a Groenlândia e, por volta do ano 1000, chegaram à Terra Nova. Sua navegação permaneceu empírica: sem a bússola, orientavam-se pelos astros, pelo vôo das aves e outros métodos tradicionais.

A partir do século X, o Mediterrâneo tornou-se o veículo da ascensão econômica das repúblicas comerciais italianas. Catalães e genoveses foram os marinheiros mais experimentados dessa época, com a arte náutica mais eficiente, em que os meios empíricos tradicionais se viram enriquecidos com o emprego da bússola e da carta de marear, bases da navegação por rumo e estima. Ao longo do século XIII, intensificou-se o uso da bússola, que se tornou o principal instrumento de navegação da época. Seu emprego incrementou-se significativamente quando foi associado à rosa-dos-ventos, por meio de um eixo, e o conjunto encerrado num receptáculo suspenso, imune às oscilações causadas pelo movimento do navio.

Ainda no século XIII, a invenção do leme de cadaste, até hoje usado, substituiu os remos-lemes pendentes à ré e o remo lateral dos marinheiros nórdicos. Dois outros auxiliares preciosos da navegação da época foram ainda os portulanos italianos, livros de instruções náuticas, que correspondem aos antigos livros de pilotagem ou périplos, às vezes chamados "livros de mar" ou, na nomenclatura portuguesa, "roteiros", e as cartas náuticas, das quais a mais antiga é a anônima Carta Pisana, aproximadamente de 1300, em pergaminho.

Surgiram nessa fase diferentes tipos de embarcações (galeras, caravelas, carracas, galeões etc.), que se destinavam a diferentes missões comerciais, de acordo com o maior ou menor percurso que teriam de realizar, e de sua capacidade de carga. A sistematização dos conhecimentos náuticos, os estudos astronômicos e tecnológicos, assim como o ensino levado a efeito na chamada escola de Sagres, fundada pelo português Infante D. Henrique o Navegador, foram os principais responsáveis pelas grandes navegações portuguesas e espanholas dos séculos XV e XVI. Deram-se então as descobertas que alargaram o mundo graças às viagens de Gil Eanes, Diogo Cão, Bartolomeu Dias, Vasco da Gama, Cristóvão Colombo, Pedro Álvares Cabral, Fernão de Magalhães, Vasco Nuñez de Balboa, João Caboto, Jacques Cartier e tantos outros.