Există mai multe ramuri ale astronomiei, dintre care una se ocupă în principal cu analiza mișcărilor și pozițiilor obiectelor cerești. Această ramură, numită astrometrie, implică și măsurarea altor cantități, precum diametrul planetelor și evaluarea orbitelor componentelor stelelor duble. Cele patru clase de astrometrie sunt astrometria cu câmp mic, astrometria semi-globală, astrometria de la sol și astrometria spațială. Astrometria este denumită și astronomie pozițională datorită rolului său principal în examinarea pozițiilor stelelor. Este considerată una dintre cele mai vechi ramuri ale astronomiei.
În antichitate, una dintre cantitățile determinate în astronomie era altitudinea obiectelor cerești folosind instrumente precum cadranul, toiagul lui Iacov și gnomonul. Aceste instrumente, totuși, nu au fost considerate suficient de bune pentru a obține măsurători precise. Odată cu inventarea unor instrumente mai sofisticate, cum ar fi telescopul, ceasul pendul și micrometrul în secolul al XVII-lea, măsurătorile au devenit din ce în ce mai precise. În secolul al XVIII-lea, astronomii au descoperit că stelele au propria lor mișcare, care a fost numită mișcare proprie. De atunci, stabilirea pozițiilor stelelor și măsurarea paralaxelor stelare, sau diferențele de poziție aparentă a unei stele privite din două locuri diferite, cauzate de mișcarea Pământului în jurul Soarelui, au devenit două obiective importante în astronomie.
Două coordonate pot da poziția unui corp ceresc, de obicei desemnată ca declinație și ascensiune dreaptă. În plus, poziția stelelor poate fi determinată folosind două metode: metoda absolută și metoda diferențială. Metoda absolută se poate realiza prin citirea altitudinii unei stele pe cercul de tranzit și cronometrarea tranzitului acesteia pentru a măsura coordonatele stelei independent de cele ale altor stele. Între timp, metoda diferențială poate fi efectuată comparând poziția unei stele cu cea a altor stele, care sunt numite stele fundamentale. Pentru observațiile diferențiale, metoda cea mai utilizată este metoda fotografică, în care o stea a cărei poziție este măsurată este fotografiată cu stele fundamentale, cu măsurători efectuate pe placa fotografică însăși.
Oricât de grozave ar fi aceste metode, totuși, revizuirea periodică a cataloagelor fundamentale este importantă pur și simplu pentru că toate obiectele cerești sunt în permanență în mișcare. Mai mult, stabilirea paralaxelor nu poate fi calculată decât la o distanță de aproximativ 3,000 de ani lumină. Dincolo de această distanță, astronomii pot estima doar mișcările și distanțele corpurilor cerești conform diferitelor ipoteze astrofizice. Pentru a stabili pozițiile obiectelor cerești foarte îndepărtate, astronomii folosesc instrumente precum radio și interferometru. Utilizarea sateliților astrometrici, precum cel lansat în 1989 numit Hipparchos, este de asemenea importantă în domeniul astrometriei.