古老也是最基础的一个分支，主要以测量恆星的位置和其他会运动天体的距离和动态。他是传统科学中的一个子科目，后来发展出以定性研究为主体的位置天文学。天文测量学的历史，在西方可以追溯到喜帕恰斯，他编辑了第一本的星表，列出了肉眼可见的恆星并发明了到今天仍沿用的视星等的尺标。现代的天体测量学建立在白塞耳的基本星表上，这是以布拉德雷在西元1750至1762年间的测量为基础，提供了3,222颗恆星的平均位置。除了提供天文学家基本的参考座标系作为她们在天文观测报告之用外，天文测量学也是天体力学、恆星动力学和星系天文学等