1583年，利玛窦到达广东肇庆传教，并在那里兴建了一所欧式教堂。为了吸引中国人的注意，还展出了从欧洲带来的“西洋奇器”，如自鸣钟、三棱镜、天象仪器、圣母画像，等等。特别是大厅里悬挂着一幅利玛窦所绘制的《山海舆地全图》，格外引人注目。利玛窦绘制的这幅世界地图，真是费尽苦心。地图用中文标出，以便中国人能看懂。为了适应中国人以天朝居中的观念，特地将中国放在地图的中央。他把这幅地图送给当地的总督、知府等官员。为了博得中国人的好感，利玛窦到达中国以后，就给自己起了个中文名字，别号“西泰”。还改穿中国服装，只是开始时不分青红皂白，穿的是和尚的袈裟。金发碧眼的利玛窦身穿僧袍，口说汉语，并学着中国礼俗打躬作揖、欠身下拜，这些举止行为，都大大便利了他的传教活动。他广泛结交当地官员和读书人，连端州(肇庆)知府王泮〔pan判〕都为他的教堂题匾作诗。后来，他从肇庆前往韶州，进一步结识了礼部尚书之子瞿太素。瞿太素跟利玛窦学习西方知识，如天文、数学等，后皈依了天主教。他还劝利玛窦改穿中国读书人穿的服装，以便使士大夫阶层容易接受。从此，利玛窦脱去袈裟，换上儒服，成了一名“西儒”。为了确保自己在华传教事业有一个牢固的根基，利玛窦不满足于在肇庆、韶州已有的成绩，而是想取得中国最高统治者皇帝的认可。他辗转南京、南昌等地，到处著书、传教、广交朋友，大大增进了对中国的了解。在他结交的官员儒士、学者名流当中，最著名的就是我国明代大学者徐光启。1601年初，利玛窦到达北京，献上了他给万历皇帝的贡品，包括天主图像一幅，天主母图像两幅，《天主经》一部，珍珠镶嵌的十字架一座，报时自鸣钟两座，《万国图志》一册，西琴一张。同时给万历皇帝上了一个奏疏，自称是“大西洋陪臣”，因为景仰中国，所以才历时三载，行程八万余里渡海而来。并表示愿意为明朝在天文历算方面效力。万历皇帝虽然没有接见利玛窦，但允许他在中国传教、留居。于是，利玛窦定居北京，直至去世。死后，万历皇帝特赐葬北京阜成门外。
利玛窦在中国28年，潜心研究中国的儒学，著书立说，利用儒家学说宣扬天主教教义。《天主实义》一书，是利玛窦在这方面的代表作。书中将儒家学说和天主教义融合在一起，在明代官员士大夫中很有影响。同时，利玛窦以自己的博学，对西欧科技、文化在华的传播起了媒介作用。他和徐光启一道合译了欧几里德的《几何原本》，绘制了世界地图《坤舆万国全图》，并把西方的音乐、绘画、建筑、测量等方面的知识介绍到中国来。可以说，利玛窦是来到中国的第一位西学代表。利玛窦的传播西学，为他的传教活动开辟了道路。到他去世时，北京、南京、南昌、肇庆等地都建起了天主教堂，全国教徒数量达2500人。
明末时期，中国有三位官员同利玛窦有比较密切的交往，对天主教和西学在中国的传播起了积极作用。他们是徐光启、李之藻和杨廷筠。
徐光启(公元1562—1633年)，上海徐家汇人。自幼勤学苦读，结识利玛窦之前，在学术研究和实际经历上已有较厚实的根基，写出了《量算河工及测量地势法》一文，出色地运用了我国原有的实用算学知识。17世纪初，徐光启开始同利玛窦接触，不久加入天主教，教名保禄。1604年，徐光启中进士，在北京翰林院供职，从此有四年之久，同利玛窦过从甚密。徐光启和利玛窦的交往，标志着中国传统的学术与近代西洋科学知识的交流。他曾随利玛窦学习天文、历算、火器制造等西方科技知识，并与利玛窦共同翻译了古希腊欧几里德的《几何原本》六卷，据说是利氏口授，徐氏笔译。他们又合作编写了《测量法义》、《勾股义》等书。1607年徐光启丧父回家守制，得以用更多时间进行学术研究。1610年利玛窦去世后，徐氏仍和其他来华传教士保持接触，担任官职时仍不断进行学术研究与编译工作。1612年编《泰西水法》，1621年至1628年间编写了我国古代重要的自然科学著作《农政全书》。崇祯年间(公元1628—1644年)，徐光启受到重用，作过礼部尚书兼文渊阁大学士。他利用自己的地位与影响，努力保护天主教在华势力，同时孜孜不倦地致力于推广西学。1629年至1633年，他主持了《大统历法》的编译工作，直到病逝前仍坚持修历的科学研究。从中西文化交流的角度看，徐光启学术活动的可贵之处，就在于他既立足于我国传统学术的基础，又善于吸收西方科学成就，从而使自己的研究开始具有近代科学倾向。例如，他认识到《几何原理》的价值，认为“此书为用至广，在此时尤所急须”，“故举世无一人不当学”。徐光启还非常强调“象数之学”的重要性，即把数学原则应用于实验科学，发现自然界的规律，进而产生“百千有用之学”。为此他提出要发展天文气象、测量水利、军器制造、机械力学、建筑、钟表、医学等多方面的科学研究任务。可惜此时已是明朝末年，天下不久大乱，清代封建桎梏更加严厉。徐氏所倡导的新兴科学事业，终难有所发展。
李之藻(公元1565—1630年)，浙江仁和(今杭州)人。1602年结识了利玛窦。曾与利玛窦合作，撰写了《同文算指》、《圜〔yuan 元〕容较义》。他对西方天文、地理、数学、军事等方面都颇有研究，还为利玛窦的《天主实义》一书作了序言，并编了一部关于天主教的丛书《天学初函》。1625年，当《大秦景教流行中国碑》发现后，他写了《读景教碑书后》一文，是最早叙述景教来中国传播的文章。
杨廷筠(公元1557—1627年)，浙江仁和人。1602年在北京结识利玛窦以后，受其影响，由信佛改奉天主教。曾撰写不少宣扬天主教的著述。当利玛窦死后，明朝政府一些官员发动“南京教案”打击天主教势力的时候，杨廷筠同徐光启等人一道，为天主教辩诬，并保护了一些传教士。
明朝末代皇帝崇祯即位后，徐光启受到信用。徐光启立即向皇帝建议，用传教士帮助修改历法。中国历代统治者一贯认为天象的变化代表着国运的吉凶，把制定历法当作国家的一件大事。明朝实行的《大统历》，实际上是沿袭了元朝郭守敬的《授时历》。年深日久，错误百出，用来预测日月食往往失误。崇祯皇帝采纳了徐光启开设历局、修定历法的建议，并任命他监督此事。徐光启推荐的传教士龙华民和邓玉函，也获准参加了修改历法的工作。邓玉函是德国人，是当时在华传教士中最博学的人。他和著名的物理学家伽利略、天文学家开普勒是很好的朋友。可惜他在历局只工作了几个月就去世了。邓玉函去世后，徐光启又推荐汤若望和罗雅谷到历局工作。汤若望在1642年还帮助明朝制造火炮。由于修订历法、制造火炮，使传教士得以在明朝供职，甚至可以出入皇宫，所以天主教渐渐深入宫廷之中。一些嫔妃、皇子和太监都信奉了天主教。据估计，当时皇宫内天主教徒达540人。全国各省也几乎都有传教士和教徒。除了耶稣会以外，方济各会、多明我会教士也到中国传教。1644年，清兵入关后，明代宗室在南方先后建立了几个政权，历史上称为南明。为求自保，南明政权实行亲天主教政策，多次企图通过传教士向西方求援。如意大利籍的耶稣会传教士毕方济被南京福王政权派往澳门向葡萄牙人借兵。福王政权垮台后，又受命于福州唐王政权。不久，唐王政权覆灭，毕方济又投奔了南明永历政权。永历政权大臣瞿式耜、焦琏和太监庞天寿都信奉天主教。后来，连皇太后、皇后和新生的太子都成了天主教徒。毕方济受永历政权的委派，由庞天寿陪同前往澳门求援。1646年，澳门的葡萄牙人发兵300名，携带数门火炮，前往桂林助战。1648年，当庞天寿再次赴澳门求援时，葡萄牙人又赠予火枪100支。后来，服务于永历政权的另一名波兰籍神父卜弥格又受皇太后派遣，直接前往罗马教廷请求援助。
清朝初年，统治者对天主教和西学大体上采取了宽容和开明的政策。例如，曾为明朝修历、造炮的传教士汤若望，在明朝亡后仍然留在北京，为清朝新政权服务，并被任命为清朝钦天监首任主管官员。他与南怀仁继续修订历法。新编的历书定名为《时宪历》。康熙初年(公元1662年)，发生了钦天监教案。徽州人杨光先撰文攻击天主教，并于1644年诬控汤若望谋反。汤若望和一批涉嫌的传教士被捕入狱，有的被处死，有的被流放，汤若望本人也病故。杨光先则被任为钦天监监正。直到1668年，康熙再命杨光先和传教士南怀仁分别测出正午的日影。结果，杨光先测得极不准确，而南怀仁则测得分毫不差。于是康熙皇帝将杨光先免职，由南怀仁主持钦天监工作。汤若望的冤案也获得昭雪。此后，在相当长的一段时间，康熙皇帝对于传教士颇为信用，对西学，特别是数学十分喜爱，对天主教也相当尊重。只是由于后来罗马教廷完全不顾中国国情，蛮横干涉中国人民的礼仪习俗，禁止中国的基督徒祭祖尊孔，挑起了所谓“礼仪之争”，康熙皇帝、雍正皇帝才改变态度，禁止天主教。