Es gibt mehrere Zweige der Astronomie, von denen sich einer hauptsächlich mit der Analyse der Bewegungen und Positionen von Himmelsobjekten beschäftigt. Dieser Zweig, Astrometrie genannt, umfasst auch die Messung anderer Größen, wie den Durchmesser der Planeten, und die Auswertung der Bahnen von Doppelsternkomponenten. Die vier Klassen der Astrometrie sind Kleinfeld-Astrometrie, halb-globale Astrometrie, bodengestützte Astrometrie und Weltraum-Astrometrie. Astrometrie wird aufgrund ihrer Hauptrolle bei der Untersuchung von Sternpositionen auch als Positionsastronomie bezeichnet. Sie gilt als einer der ältesten Zweige der Astronomie.
In der Antike wurde in der Astronomie unter anderem die Höhe von Himmelsobjekten mit Instrumenten wie dem Quadranten, dem Jakobsstab und dem Gnomon bestimmt. Diese Instrumente wurden jedoch als nicht gut genug angesehen, um genaue Messungen zu erhalten. Mit der Erfindung ausgefeilterer Werkzeuge wie Teleskop, Pendeluhr und Mikrometer im 17. Jahrhundert wurden die Messungen immer genauer. Im 18. Jahrhundert entdeckten Astronomen, dass die Sterne eine eigene Bewegung haben, die als Eigenbewegung bezeichnet wurde. Seitdem sind die Bestimmung von Sternpositionen und die Messung von Sternparallaxen oder Unterschieden in der scheinbaren Position eines Sterns bei Betrachtung von zwei verschiedenen Orten, verursacht durch die Bewegung der Erde um die Sonne, zwei wichtige Ziele der Astronomie.
Zwei Koordinaten können die Position eines Himmelskörpers angeben, die normalerweise als Deklination und Rektaszension bezeichnet wird. Darüber hinaus kann die Position von Sternen mit zwei Methoden bestimmt werden: Absolute Methode und Differential Methode. Die absolute Methode kann durchgeführt werden, indem die Höhe eines Sterns auf dem Durchgangskreis abgelesen und sein Durchgang zeitlich festgelegt wird, um die Koordinaten des Sterns unabhängig von denen anderer Sterne zu messen. In der Zwischenzeit kann die Differentialmethode durchgeführt werden, indem die Position eines Sterns mit denen anderer Sterne verglichen wird, die als Fundamentalsterne bezeichnet werden. Für Differentialbeobachtungen ist die am häufigsten verwendete Methode die fotografische Methode, bei der ein Stern, dessen Position gemessen wird, mit Fundamentalsternen fotografiert wird, wobei Messungen auf der fotografischen Platte selbst vorgenommen werden.
So groß diese Methoden auch sein mögen, die regelmäßige Überarbeitung grundlegender Kataloge ist einfach deshalb wichtig, weil alle Himmelsobjekte ständig in Bewegung sind. Zudem lässt sich die Entstehung von Parallaxen nur auf eine Entfernung von etwa 3,000 Lichtjahren berechnen. Jenseits dieser Entfernung können Astronomen die Bewegungen und Entfernungen von Himmelskörpern nur nach verschiedenen astrophysikalischen Annahmen abschätzen. Um die Positionen sehr weit entfernter Himmelsobjekte zu bestimmen, verwenden Astronomen Instrumente wie Radio und Interferometer. Auch der Einsatz von Astrometriesatelliten, wie der 1989 gestartete Hipparchos, ist in der Astrometrie wichtig.