Ir vairākas astronomijas nozares, no kurām viena galvenokārt nodarbojas ar debess objektu kustību un pozīciju analīzi. Šī nozare, ko sauc par astrometriju, ietver arī citu lielumu mērīšanu, piemēram, planētu diametru un dubultzvaigžņu komponentu orbītu novērtēšanu. Četras astrometrijas klases ir maza lauka astrometrija, daļēji globālā astrometrija, zemes astrometrija un kosmosa astrometrija. Astrometriju sauc arī par pozicionālo astronomiju, jo tai ir galvenā loma zvaigžņu pozīciju pārbaudē. To uzskata par vienu no vecākajām astronomijas nozarēm.
Senatnē viens no astronomijā noteiktajiem daudzumiem bija debess objektu augstums virs jūras līmeņa, izmantojot tādus instrumentus kā kvadrants, Jēkaba spieķis un gnomons. Tomēr šie instrumenti netika uzskatīti par pietiekami labiem, lai iegūtu precīzus mērījumus. 17. gadsimtā, izgudrojot sarežģītākus instrumentus, piemēram, teleskopu, svārsta pulksteni un mikrometru, mērījumi kļuva arvien precīzāki. 18. gadsimtā astronomi atklāja, ka zvaigznēm ir sava kustība, ko sauca par pareizu kustību. Kopš tā laika zvaigžņu pozīciju noteikšana un zvaigžņu paralakses jeb atšķirības zvaigznes redzamajā stāvoklī, skatoties no divām dažādām vietām, ko izraisa Zemes kustība ap Sauli, kļuva par diviem svarīgiem mērķiem astronomijā.
Divas koordinātas var norādīt debess ķermeņa stāvokli, ko parasti apzīmē kā deklināciju un labo augšupeju. Turklāt zvaigžņu stāvokli var noteikt, izmantojot divas metodes: absolūto metodi un diferenciālo metodi. Absolūto metodi var veikt, nolasot zvaigznes augstumu uz tranzīta apļa un nosakot tās tranzīta laiku, lai izmērītu zvaigznes koordinātas neatkarīgi no citām zvaigznēm. Tikmēr diferenciālo metodi var veikt, salīdzinot zvaigznes stāvokli ar citām zvaigznēm, kuras sauc par fundamentālajām zvaigznēm. Diferenciālajiem novērojumiem pārsvarā tiek izmantota fotografēšanas metode, kurā zvaigzne, kuras atrašanās vieta tiek mērīta, tiek fotografēta ar pamatzvaigznēm, mērījumus veicot uz pašas fotoplates.
Neatkarīgi no tā, cik lieliskas šīs metodes varētu būt, fundamentālo katalogu periodiska pārskatīšana ir svarīga tikai tāpēc, ka visi debess objekti pastāvīgi atrodas kustībā. Turklāt paralakses izveidošanu var aprēķināt tikai aptuveni 3,000 gaismas gadu attālumā. Pārsniedzot šo attālumu, astronomi var tikai novērtēt debess ķermeņu kustības un attālumus saskaņā ar dažādiem astrofiziskiem pieņēmumiem. Lai noteiktu ļoti tālu debess objektu atrašanās vietas, astronomi izmanto tādus instrumentus kā radio un interferometrs. Astrometrijas jomā svarīga ir arī astrometrisko satelītu izmantošana, piemēram, 1989. gadā palaists satelīts Hipparchos.