Υπάρχουν αρκετοί κλάδοι της αστρονομίας, ένας από τους οποίους ασχολείται κυρίως με την ανάλυση των κινήσεων και των θέσεων των ουράνιων αντικειμένων. Αυτός ο κλάδος, που ονομάζεται αστρομετρία, περιλαμβάνει επίσης τη μέτρηση άλλων μεγεθών, όπως η διάμετρος των πλανητών, και την αξιολόγηση των τροχιών των συστατικών διπλού αστεριού. Οι τέσσερις κατηγορίες αστρομετρίας είναι η αστρομετρία μικρού πεδίου, η ημισφαιρική αστρομετρία, η επίγεια αστρομετρία και η διαστημική αστρομετρία. Η αστρομετρία αναφέρεται επίσης ως αστρονομία θέσεων λόγω του κύριου ρόλου της στην εξέταση των θέσεων των αστεριών. Θεωρείται ένας από τους παλαιότερους κλάδους της αστρονομίας.
Στην αρχαιότητα, μια από τις ποσότητες που προσδιορίζονταν στην αστρονομία ήταν το υψόμετρο των ουράνιων αντικειμένων χρησιμοποιώντας όργανα όπως το τεταρτημόριο, το ραβδί του Ιακώβ και ο γνώμονας. Αυτά τα όργανα, ωστόσο, δεν θεωρήθηκαν αρκετά καλά για να ληφθούν ακριβείς μετρήσεις. Με την εφεύρεση πιο εξελιγμένων εργαλείων όπως το τηλεσκόπιο, το ρολόι με εκκρεμές και το μικρόμετρο τον 17ο αιώνα, οι μετρήσεις έγιναν όλο και πιο ακριβείς. Τον 18ο αιώνα, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι τα αστέρια έχουν τη δική τους κίνηση, η οποία είχε ονομαστεί σωστή κίνηση. Έκτοτε, ο καθορισμός θέσεων αστεριών και η μέτρηση των αστρικών παραλλάξεων, ή οι διαφορές στη φαινομενική θέση ενός άστρου όταν παρατηρούνται από δύο διαφορετικά μέρη, που προκαλούνται από την κίνηση της Γης γύρω από τον Ήλιο έγιναν δύο σημαντικοί στόχοι στην αστρονομία.
Δύο συντεταγμένες μπορούν να δώσουν τη θέση ενός ουράνιου σώματος, που συνήθως ορίζεται ως απόκλιση και ορθή ανάταση. Επιπλέον, η θέση των αστεριών μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους: απόλυτη μέθοδο και διαφορική μέθοδο. Η απόλυτη μέθοδος μπορεί να γίνει διαβάζοντας το υψόμετρο ενός άστρου στον κύκλο διέλευσης και χρονομετρώντας τη διέλευση του προκειμένου να μετρηθούν οι συντεταγμένες του αστεριού ανεξάρτητα από αυτές των άλλων αστέρων. Εν τω μεταξύ, η διαφορική μέθοδος μπορεί να πραγματοποιηθεί συγκρίνοντας τη θέση ενός άστρου με αυτές άλλων αστέρων, τα οποία ονομάζονται θεμελιώδη αστέρια. Για διαφορικές παρατηρήσεις, η μέθοδος που χρησιμοποιείται περισσότερο είναι η φωτογραφική μέθοδος, στην οποία ένα αστέρι του οποίου η θέση μετράται φωτογραφίζεται με θεμελιώδη αστέρια, με μετρήσεις που γίνονται στην ίδια τη φωτογραφική πλάκα.
Ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλες θα μπορούσαν να είναι αυτές οι μέθοδοι, ωστόσο, η περιοδική αναθεώρηση των θεμελιωδών καταλόγων είναι σημαντική απλώς και μόνο επειδή όλα τα ουράνια αντικείμενα βρίσκονται συνεχώς σε κίνηση. Επιπλέον, η δημιουργία παραλλαγών μπορεί να υπολογιστεί μόνο σε απόσταση περίπου 3,000 ετών φωτός. Πέρα από αυτή την απόσταση, οι αστρονόμοι μπορούν μόνο να εκτιμήσουν τις κινήσεις και τις αποστάσεις των ουράνιων σωμάτων σύμφωνα με διάφορες αστροφυσικές υποθέσεις. Για να καθορίσουν τις θέσεις των πολύ απομακρυσμένων ουράνιων αντικειμένων, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν όργανα όπως το ραδιόφωνο και το συμβολόμετρο. Η χρήση αστρομετρικών δορυφόρων, όπως αυτός που εκτοξεύτηκε το 1989 με την ονομασία Ίππαρχος, είναι επίσης σημαντική στον τομέα της αστρομετρίας.