天文学中最先发展起来的一个分支，主要任务是研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。它包括球面天文学、方位天文学、实用天文学、天文地球动力学。
确定天体的位置及其变化，首先要研究天体投影在天球上的坐标的表示方式、坐标之间的关系和各种坐标修正，这是球面天文学的内容。天体的位置和运动的测定属于方位天文学的内容，是天体测量学的基础。天体测量依观测所用的技术方法和发展顺序，可以分为基本的、照相的、射电的和空间的四种。把已经精确测定位置的天体作为天球上各个区域的标记，选定坐标轴的指向，就可以在天球上确定一个基本参考坐标系，用它来研究天体（包括地球和人造天体）在空间的位置和运动。这种参考坐标系，通常用基本星表（见星表）或综合星表来体现。以天体作为参考坐标，来测定地面点在地球上的坐标,是实用天文学的课题,用于大地测量、地面定位和导航。地球自转的微小变化，都会使天球上和地球上的坐标系的关系复杂化。为了提供所需的修正值，建立了时间服务和极移服务。地球自转与地壳运动的研究，又发展成为天文地球动力学，它是天体测量学与地学各有关分支之间的边缘学科。天体测量学的这些任务是相互联系，相互促进的。按学科内容划分，列表如下：
天体测量学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。远古时候，为了指示方向、确定时间和季节，先后创造出日晷和圭表。对茫茫星空的观测，导致划分星座和编制星表，进而研究太阳、月球和各大行星在天球上的运动。当时的天体测量学既奠定了历法的基础，又确认了地球的自转和公转在天球上的反映，从而逐渐形成古代的宇宙观。因此，早期天文学的主要内容就是天体测量学。
根据浩瀚的天体测量资料，经过精心研究得出的开普勒行星运动三大定律（见开普勒定律），为天体力学的建立创造了重要条件。天体力学与天体测量学一向是密切配合的，依靠观测太阳、月球、大行星和小行星的大量资料和天体力学的研究方法,总结出太阳系天体(特别是地球和月球)的运动理论。它不但为太阳系演化的研究提供素材，而且是测定天文时间与导航工作的重要依据。在航天时代，天体测量技术的提高与天体力学方法的改进，更是相辅相成，互相推动。例如，研究人造卫星和宇宙飞行器的轨道,研究地球和月球运动的细节,都需要天体力学与天体测量学的配合。
对恒星的位置、自行和视差观测所得到的恒星的空间分布和运动状态的资料，是研究天体物理学，特别是研究恒星天文所需的基本资料。对银河系结构、星团和星协动力学演化、双星系统和特殊恒星的研究及宇宙学的研究，都需要依据大量的天体测量资料，这就对天体测量学提出更高的要求。
目前的天体测量的手段，已从可见光观测发展到射电波段,以及红外、紫外、X射线和γ射线等波段的观测；在观测方式上，已由测角扩展到测距；观测所在地已由固定天文台发展为流动站、全球性组网观测以及空间观测;观测精度正在走向0