Obstaja več vej astronomije, od katerih se ena ukvarja predvsem z analizo gibanja in lege nebesnih teles. Ta veja, imenovana astrometrija, vključuje tudi merjenje drugih količin, kot so premer planetov, in vrednotenje orbit komponent dvojne zvezde. Štirje razredi astrometrije so astrometrija majhnega polja, polglobalna astrometrija, zemeljska astrometrija in vesoljska astrometrija. Astrometrijo imenujemo tudi pozicijska astronomija zaradi njene glavne vloge pri preučevanju položajev zvezd. Velja za eno najstarejših vej astronomije.
V starih časih je bila ena od količin, določenih v astronomiji, višina nebesnih objektov z instrumenti, kot so kvadrant, Jakobova palica in gnomon. Vendar pa ti instrumenti niso veljali za dovolj dobre, da bi dobili natančne meritve. Z izumom bolj izpopolnjenih orodij, kot so teleskop, ura z nihalom in mikrometer v 17. stoletju, so meritve postajale vse natančnejše. V 18. stoletju so astronomi odkrili, da imajo zvezde lastno gibanje, ki so ga poimenovali pravilno gibanje. Od takrat sta določitev položajev zvezd in merjenje zvezdnih paralaks oziroma razlik v navideznem položaju zvezde, gledano z dveh različnih krajev, ki jih povzroča gibanje Zemlje okoli Sonca, postala dva pomembna cilja v astronomiji.
Dve koordinati lahko podata položaj nebesnega telesa, običajno označeno kot deklinacija in desni ascension. Poleg tega je mogoče položaj zvezd določiti z dvema metodama: absolutno in diferencialno. Absolutno metodo je mogoče izvesti tako, da odčitamo višino zvezde na tranzitnem krogu in določimo čas njenega prehoda, da izmerimo koordinate zvezde neodvisno od tistih drugih zvezd. Medtem lahko diferencialno metodo izvedemo s primerjavo položaja zvezde s položaji drugih zvezd, ki se imenujejo temeljne zvezde. Za diferencialna opazovanja se najbolj uporablja fotografska metoda, pri kateri se zvezda, katere položaj merimo, fotografira s temeljnimi zvezdami, pri čemer meritve opravijo na sami fotografski plošči.
Ne glede na to, kako velike so lahko te metode, je občasno revizija temeljnih katalogov pomembna preprosto zato, ker so vsa nebesna telesa nenehno v gibanju. Poleg tega je vzpostavitev paralakse mogoče izračunati le na razdalji približno 3,000 svetlobnih let. Izven te razdalje lahko astronomi ocenjujejo le premike in razdalje nebesnih teles glede na različne astrofizične predpostavke. Za določitev položaja zelo oddaljenih nebesnih objektov astronomi uporabljajo instrumente, kot sta radio in interferometer. Na področju astrometrije je pomembna tudi uporaba astrometričnih satelitov, kot je tisti, ki so ga lansirali leta 1989 z imenom Hipparchos.