Postoji nekoliko grana astronomije, od kojih se jedna uglavnom bavi analizom gibanja i položaja nebeskih objekata. Ova grana, nazvana astrometrija, također uključuje mjerenje drugih veličina, poput promjera planeta, i procjenu orbita komponenti dvostruke zvijezde. Četiri razreda astrometrije su astrometrija malog polja, poluglobalna astrometrija, zemaljska astrometrija i svemirska astrometrija. Astrometrija se također naziva pozicijska astronomija zbog svoje glavne uloge u ispitivanju položaja zvijezda. Smatra se jednom od najstarijih grana astronomije.
U davna vremena, jedna od veličina određivana u astronomiji bila je visina nebeskih objekata pomoću instrumenata kao što su kvadrant, Jakovljev štap i gnomon. Ti se instrumenti, međutim, nisu smatrali dovoljno dobrima za dobivanje točnih mjerenja. S izumom sofisticiranijih alata kao što su teleskop, sat s njihalom i mikrometar u 17. stoljeću, mjerenja su postajala sve točnija. U 18. stoljeću astronomi su otkrili da zvijezde imaju vlastito kretanje, koje je nazvano pravilno kretanje. Od tada, utvrđivanje položaja zvijezda i mjerenje zvjezdanih paralaksa, odnosno razlika u prividnom položaju zvijezde kada se gleda s dva različita mjesta, uzrokovane gibanjem Zemlje oko Sunca, postala su dva važna cilja u astronomiji.
Dvije koordinate mogu dati položaj nebeskog tijela, koji se obično označava kao deklinacija i prava ascenzija. Dodatno, položaj zvijezda može se odrediti pomoću dvije metode: apsolutne metode i diferencijalne metode. Apsolutna metoda može se postići očitavanjem visine zvijezde na tranzitnoj kružnici i mjerenjem vremena njezina prolaska kako bi se izmjerile koordinate zvijezde neovisno o onima drugih zvijezda. U međuvremenu, diferencijalna metoda se može izvesti uspoređivanjem položaja zvijezde s položajima drugih zvijezda, koje se nazivaju fundamentalne zvijezde. Za diferencijalna promatranja najčešće se koristi metoda fotografiranja, u kojoj se zvijezda čiji se položaj mjeri fotografira s temeljnim zvijezdama, pri čemu se mjerenja vrše na samoj fotografskoj ploči.
Međutim, koliko god ove metode mogle biti velike, periodična revizija temeljnih kataloga važna je jednostavno zato što su svi nebeski objekti stalno u pokretu. Štoviše, uspostavljanje paralaksa može se izračunati samo na udaljenosti od približno 3,000 svjetlosnih godina. Izvan te udaljenosti, astronomi mogu samo procijeniti kretanje i udaljenosti nebeskih tijela prema različitim astrofizičkim pretpostavkama. Za utvrđivanje položaja vrlo udaljenih nebeskih objekata, astronomi koriste instrumente kao što su radio i interferometar. Korištenje astrometrijskih satelita, poput onog lansiranog 1989. pod nazivom Hipparchos, također je važno u području astrometrije.