Yra keletas astronomijos šakų, viena iš jų daugiausia susijusi su dangaus objektų judėjimo ir padėties analize. Ši šaka, vadinama astrometrija, apima ir kitų dydžių, pavyzdžiui, planetų skersmens, matavimą ir dvigubų žvaigždžių komponentų orbitų įvertinimą. Keturios astrometrijos klasės yra mažo lauko astrometrija, pusiau globali astrometrija, antžeminė astrometrija ir kosminė astrometrija. Astrometrija taip pat vadinama padėties astronomija, nes ji atlieka pagrindinį vaidmenį tiriant žvaigždžių padėtį. Tai laikoma viena seniausių astronomijos šakų.
Senovėje vienas iš astronomijoje nustatytų dydžių buvo dangaus objektų aukštis virš jūros lygio, naudojant tokius instrumentus kaip kvadrantas, Jokūbo lazda ir gnomonas. Tačiau šie prietaisai nebuvo laikomi pakankamai gerais, kad būtų galima atlikti tikslius matavimus. XVII amžiuje išradus sudėtingesnius įrankius, tokius kaip teleskopas, švytuoklinis laikrodis ir mikrometras, matavimai tapo vis tikslesni. XVIII amžiuje astronomai atrado, kad žvaigždės turi savo judėjimą, kuris buvo vadinamas tinkamu judėjimu. Nuo tada žvaigždžių pozicijų nustatymas ir žvaigždžių paralaksų matavimas arba matomos žvaigždės padėties skirtumai žiūrint iš dviejų skirtingų vietų, kuriuos sukelia Žemės judėjimas aplink Saulę, tapo dviem svarbiais astronomijos tikslais.
Dvi koordinatės gali nurodyti dangaus kūno padėtį, paprastai vadinamą deklinacija ir dešiniuoju pakilimu. Be to, žvaigždžių padėtį galima nustatyti dviem būdais: absoliučiu metodu ir diferenciniu metodu. Absoliutus metodas gali būti atliktas nuskaitant žvaigždės aukštį tranzitiniame apskritime ir nustatant jos tranzito laiką, kad būtų galima išmatuoti žvaigždės koordinates nepriklausomai nuo kitų žvaigždžių koordinačių. Tuo tarpu diferencialinį metodą galima atlikti lyginant žvaigždės padėtį su kitų žvaigždžių, kurios vadinamos pagrindinėmis žvaigždėmis, padėtimi. Diferencialiniams stebėjimams dažniausiai naudojamas fotografinis metodas, kai žvaigždė, kurios padėtis yra matuojama, nufotografuojama su pagrindinėmis žvaigždėmis, o matavimai atliekami pačioje fotografinėje plokštelėje.
Kad ir kokie puikūs būtų šie metodai, periodiškas pagrindinių katalogų peržiūrėjimas yra svarbus vien todėl, kad visi dangaus objektai nuolat juda. Be to, paralaksų nustatymas gali būti apskaičiuotas tik maždaug 3,000 šviesmečių atstumu. Už šio atstumo astronomai gali tik įvertinti dangaus kūnų judėjimą ir atstumus pagal įvairias astrofizines prielaidas. Norėdami nustatyti labai tolimų dangaus objektų padėtis, astronomai naudoja tokius prietaisus kaip radijas ir interferometras. Astrometrijos srityje taip pat svarbu naudoti astrometrinius palydovus, tokius kaip 1989 m. paleistas Hipparchos.