Ein Pendel ist ein relativ langer, dünner Stab aus Holz oder Metall, der in einer Scheibe endet. In den frühesten Versionen der Pendeluhr belastete die Scheibe die Pendelstange, wenn sie sich von einer Seite zur anderen bewegte. Ein Hemmungsgetriebe, das die Bewegung eines Zahnrads in die Schwingung eines Pendels umwandelte, ließ Energie zum Pendel fließen, um die Reibung zu überwinden, damit es weiter schwingen konnte. Spätere Versionen der Pendeluhr wurden von Federn und schließlich Batterien angetrieben.
Galileo wird zugeschrieben, das Konzept eines Pendels als Werkzeug zur Zeitmessung entwickelt zu haben, nachdem er seine Bewegung bereits 1582 untersucht hatte. Obwohl er Konstruktionspläne für eine Pendeluhr entwarf, starb Galileo 1642, bevor er tatsächlich eine bauen konnte. Dem niederländischen Mathematiker und Astronomen Christiaan Huygens wird die Erfindung der Pendeluhr im Jahr 1656 zugeschrieben.
Huygens früheste Pendeluhr maß die Zeit mit einem Fehler von weniger als einer Minute pro Tag. Bei späteren Modellen konnte er diesen Fehler auf weniger als 10 Sekunden reduzieren. Im Jahr 1721 erhöhte George Graham die Genauigkeit der Pendeluhr, indem er den Fehler auf eine Sekunde pro Tag reduzierte. Dies erreichte er, indem er Anpassungen an Längenänderungen der Pendelstange vornahm, die durch Temperaturschwankungen verursacht wurden.
Siegmund Riefler und WH Shortt haben die Genauigkeit der Pendeluhr noch weiter erhöht. Rieflers Uhren, die eine 1889 perfektionierte Hemmung verwendeten, wurden in astronomischen Observatorien weit verbreitet und waren bis auf eine Hundertstelsekunde pro Tag genau. Die 1921 eingeführte Shortt-Uhr funktionierte nach dem Zweipendel-Slave-Master-Prinzip und löste die Riefler-Uhr als bevorzugte Uhr für Sternwarten ab.
Die Quarzuhrentechnologie wurde in den 1920er Jahren eingeführt und wurde in den folgenden Jahrzehnten zum Standard für die Zeitmessung. Die Pendeluhr erlangte sowohl in ihrer antiken als auch in moderneren Formen den Status eines Sammlerstücks. Drei gängige Arten von Pendeluhren, die in einer Sammlung vorkommen können, sind die Kuckucksuhr, die Standuhr und die Kaminuhr. Bei Kuckucksuhren und Standuhren schwingt das Pendel typischerweise zweimal pro Sekunde bzw. einmal alle zwei Sekunden.