按测量机的测量范围分类可将分为小型、中型与大型。
小型坐标测量机用于测量小型精密的模具、工具、刀具与集成线路板等。这些零件的精度较高，因而要求测量机的精度也高。它的测量范围，一般是X轴方向（即最长的一个坐标方向）小于500mm。它可以是手动的，也可以是数控的。常用的结构形式有仪器台式、卧镗式、坐标镗式、悬臂式、移动桥式与极坐标式等。
中型坐标测量机的测量范围在X轴方向为500mm~2000mm。此类型规格最多，需求量也最大，主要用于对箱体、模具类零件的测量。操作控制有手动与机动两种，许多测量机还具有CNC自动控制系统。其精度等级多为中等，也有精密型的。从结构形式看，几乎包括仪器台式和桥式等所有形式。
大型坐标测量机的测量范围在X轴方向应大于2000mm，主要用于汽车与飞机外壳、发动机与推进器叶片等大型零件的检测。它的自动化程度较高，多为CNC型，但也有手动或机动的。精度等级一般为中等或低等。结构形式多为龙门式（CNC型，中等精度）或水平臂式（手动或机动，低等精度）。此外，还有一些采用非正交坐标系的大型测量机。
按照测量精度有低精度、中等精度和高精度的测量机。低精度的主要是具有水平臂的三坐标划线机。中等精度及一部分低精度测量机常称为生产型的。生产型的常在车间或生产线上使用，也有一部分在实验室使用。高精度的称为精密型或计量型，主要在计量室使用。
低、中、高精度三坐标测量机大体上可这样划分：低精度测量机的单轴最大测量不确定度大体在1×10¯4L左右，而空间最大测量不确定度为（2-3）×10¯4L，其中L为最大量程；中等精度的三坐标测量机，其单轴与空间最大测量不确定度分别约为1×10¯5L和（2-3）×10¯5L；精密型的则分别小于1×10¯6L和（2-3）×10¯6L。上述划分不是绝对的，随着生产技术的进步与误差补偿技术的应用，也随着对产品质量要求的提高，测量机的测量不确定度在不断减小。现已出现一些超高精度的测量机，例如在1m量程下空间测量精度为亚微米级的测量机，以及一些小量程的纳米级的测量机，但这些机器目前还不是商品。
还可以按照其它指标对三坐标测量机进行分类。例如只带光学测头（CCD摄像头等）的三坐标测量机，常称为光学测量机。也可以根据采用的标尺和导轨形式等，对三坐标测量机进行分类。