畢業，利瑪竇被耶穌會派到中國來傳教。他為了便於同中國人交往，刻苦學習中國的語言、文字和古代文化，換上中國的服裝，按照中國的禮節和風俗習慣進行活動，還為自己取了利瑪竇這樣一箇中國名字。

徐光啟見到利瑪竇，對他表示了仰慕之情，希望向他學習西方的自然科學。利瑪竇看他是個讀書人，也想向他學習中國古代的文化典籍，並熱衷發展他為天主教徒，就同他交談起來。他們從天文談到地理，又談到中國和西方的數學。臨別的時候，利瑪竇對徐光啟學習西方自然科學的請求未置可否，卻送給他兩本宣傳天主教的小冊子。一本是《馬可福音》，講的是耶穌的故事，另一本是《天主實義》，是利瑪竇用中文寫的解釋天主教義的書。（1603）萬曆三十一年。　經過三年的考慮，徐光啟在南京接受洗禮，全家加入了天主教。

利瑪竇在同徐光啟見面的第二年，也來到了北京。他嚮明神宗貢獻禮品，得到明神宗的批准，在宣武門外接了一處住宅，長期留居下來，進行傳教活動。徐光啟在公餘之暇，常常去拜訪利瑪竇，彼此慢慢熟悉了，開始建立起較深的友誼。

1606年，徐光啟再次請求利瑪竇傳授西方的科學知識，利瑪竇爽快地答應了。他用公元前三世紀左右希臘數學家歐幾里得的著作《原本》做教材，對徐光啟講授西方的數學理論。利瑪竇每兩天講授一次，徐光啟總是準時到達。

經過一段時間的學習，徐光啟完全弄懂了歐幾里得這部著作的內容，深深地為它的基本理論和邏輯推理所折服，認為這些正是我國古代數學的不足之處。於是，徐光啟建議利瑪竇同他合作，一起把它譯成中文。開始，利瑪竇對這個建議頗感猶豫，因為歐幾里得的這部著作是用拉丁文寫的，拉丁文和中文語法不同，詞彙也很不一樣，書裡的許多數學專業名詞在中文裡都沒有相應的現成詞彙。要譯得準確、流暢而又通俗易懂，是很不容易的。早先曾有一個姓蔣的舉人同利瑪竇合作試譯過，就因為這個緣故而不得不半途而廢。但徐光啟認為只要肯下功夫，總是可以譯成的。在他的一再勸說下，利瑪竇也就同意了。

從1606年的冬天開始，開始了緊張的翻譯工作。先由利瑪竇用中文逐字逐句地口頭翻譯，再由徐光啟草錄下來。譯完一段，徐光啟再字斟句酌地作一番推敲修改，然後由利瑪竇對照原著進行核對。遇有譯得不妥當的地方，利瑪竇就把原著再仔細地講述一遍，讓徐光啟重新修改，如此反覆。徐光啟對翻譯非常認真，常常是到了深夜，利瑪竇休息了，他還獨自坐在燈下加工、修改譯稿。有時為了確定一個譯名，他不斷地琢磨、推敲，不知不覺地就忙到天亮。譯文裡的“平行線”、“三角形”、“對角”、“直角”、“銳角”、“鈍角”、“相似”等等中文的名詞術語，都是經過他嘔心瀝血的反覆推敲而確定下來的。

1607年的春天，徐光啟和利瑪竇譯出了這部著作的前六卷。徐光啟想一鼓作氣，接著往下譯，爭取在年內譯完後九卷，但利瑪竇卻主張先將前六卷刻印出版，聽聽反映再說。付印之前，徐光啟又獨自一人將譯稿加工、潤色了三遍，儘可能把譯文改得準確。然後他又同利瑪竇一起，共同敲定書名的翻譯問題。這部著作的拉丁文原名叫《歐幾里得原本》，如果直譯成中文，不大象是一部數學著作。如果按照它的內容，譯成《形學原本》，又顯得太陳舊了。利瑪竇說，中文裡的“形學”，英文叫作“Geo”，它的原意是希臘的土地測量的意思，能不能在中文的詞彙裡找個同它發音相似、意思也相近的詞。徐光啟查考了十幾個片語，都不理想。後來他想起了“幾何”一詞，覺得它與“Geo”音近意切，建議把書名譯成《幾何原本》，利瑪竇感到很滿意。1607年，《幾何原本》前六卷正式出版，馬上引起巨大的反響，成了明末從事數學工