人們自古就註意到瞭金星、木星、水星、火星、土星五大行星在天上的運動。古代巴比倫人已經相當準確地知道行星的公轉週期，並把觀測到的運動用經驗公式表示出來。中國也很早就測定瞭行星的公轉週期和會合週期，在馬王堆出土的帛書中就有這方面的記載。稍後，希臘人用幾何方法來解釋行星的運動，西元二世紀時出現的托勒密地心體系就是這些學說的代表。這個體系在歐洲天文學中統治瞭14個世紀之久，直到哥白尼的日心體系出現後，才把被顛倒瞭的太陽和地球的位置重新顛倒過來。不過，哥白尼也還未能能擺脫圓周運動的舊觀念。十七世紀初期，開普勒系統地分析瞭第谷的觀測結果，發現行星繞太陽運行的軌道不是圓，而是橢圓，並歸納出著名的行星運動三大定律（見開普勒定律）。他相當準確地揭示瞭行星運動的規律。根據這些定律已能解釋當時所知的行星運動現象，並把推算行星位置的精度提高到1'～2'。但是，開普勒定律畢竟隻是對行星運動現象的概括描述，還不能對這種現象作出動力學的解釋。開普勒本人也發現，他的理論並不能滿意地解釋木星和土星的運動。
1687年，牛頓發現瞭著名的萬有引力定律，為行星運動現象作出動力學的解釋。按照牛頓的理論，行星若隻受太陽引力的作用，則它的運動就遵循開普勒定律，隻是開普勒第三定律還應作微小的修正。實際上，行星不僅受到太陽引力的作用，而且還受到其他行星引力的影響，所以行星的運動情況相當復雜。直到今天，人們還不能得到行星運動方程的嚴格解。在十八、十九世紀，由於航海定位等實用需要，一些國傢先後出版天文航海歷書，加上分析方法的發展，建立行星運動方程近似解的分析理論就成為當時天體力學的一個主要課題。很多傑出的數學傢都在這方面進行研究，並取得很大的成就。在太陽系中，太陽質量比行星大千倍以上，因而太陽對行星的引力遠比行星相互間的引力大。在求行星運動方程的近似解時，通常可從二體問題出發，研究真實軌道運動對橢圓運動的偏離，求出攝動的分析表達式。這樣，不但便於計算行星在較長時間內的具體位置，也可以瞭解行星軌道運動的一些性質。
研究行星的軌道運動，還可以反過來探求影響其運動的物理機制。在這方面有兩個著名的事例。其一是海王星的發現。自從1781年F.W.赫歇耳（見赫歇耳一傢）在系統的巡天觀測中發現天王星以來，人們察覺到在這顆新行星的運動中有一些無法解釋的不規則性。半個世紀以後，J.C.亞當斯和勒威耶各自分析瞭天王星的運動，斷定有一顆未知的行星在影響它的軌道，並且以驚人的精度指出新行星在天空中的位置。1846年，終於在他們指出的位置發現瞭海王星。其二是水星近日點進動問題。勒威耶發現水星近日點每世紀有38″的反常進動，不能用萬有引力定律解釋。稍後紐康更精確地測定這個差值為43″。這就引起人們的種種猜測，有人認為萬有引力定律中的平方反比規律有問題，有人則認為這種現象是由一顆未知的水內行星的攝動引起的，但所有這些猜測都未能成立。直到二十世紀初，愛因斯坦發表廣義相對論，才解開瞭這個疑團。
行星運動理論是編制行星歷表的基礎。拉格朗日確立瞭研究行星運動的方法。他把行星的真實軌道看作是一系列不斷變動的橢圓，並推導出橢圓軌道要素隨時間變化的微分方程組，可以用逐次近似法將這方程組進行積分而得到軌道要素的分析表達式。在這些表達式中，含有和時間t成正比的項，稱為長期項或長期攝動。長期項反映出軌道要素的變化趨勢。其中，半長徑a和偏心率e的長期攝動，在研究太陽系穩定性方面占重要地位。表達式中其他各項都是t的周期函數。它們又可分為短周期項和長周期項。如果兩行星的平均角速度n和n′的比值很接近簡單分數，就會出現周期很長且系數特大的長周期攝動。在木星和土星的相互攝動中就出現這種情況，它們的平均角速度比值接近5:2，因而產生顯著的長周期攝動，對木星為1，196″，對土星達到2，908″，周期約為890年。
計算行星位置更方便的方法是直接研究行星坐標的攝動。在這類方法中，最有名的是拉普拉斯和紐康的方法。十九世紀紐康建立的內行星運動理論，兼有軌道要素攝動和球坐標攝動法的特點，把軌道要素表示為時間的多項式，求出相應的橢圓坐標後，再加上黃經、黃緯和向徑的周期攝動。直到現在，各國天文年歷仍然根據紐康理論編算內行星的歷表。用漢森方法研究大行星運動也很有效。這種方法假定行星在密切平面上作橢圓運動，計算其平近點角、向徑和軌道平面的攝動。希爾用漢森方法建立瞭木星和土星的運動理論。
大型快速計算機的出現，使數值方法得到廣泛的應用。1951年埃克特等對五顆外行星的運動方程同時進行數值積分，計算瞭它們在1653～2060年間的日心坐標，這套歷表現在為各國天文年歷所采用。其後又陸續出現瞭多種更為精密的數值歷表，供行星際探測使用。克萊門斯最早利用電子計算機研究行星普遍攝動來建立火星理論。他根據經典的漢森方法，利用電子計算機演算，考慮到二階和部分三階攝動，精度達到0.″02～0.″03，已能符合現代觀測的要求。以後，考慮電子計算機的特點，在方法上又有新的發展。比如，用迭代法代替經典的、按攝動天體質量展開的方法，可使逐次近似過程最大程度自動化，並達到較高的精度。
近二十年來，空間技術的發展和雷達、激光測距在行星定位上的應用，為研究行星運動積累瞭大量豐富精確的觀測資料，同時也向理論工作提出瞭更高的要求。特別是新的天文常數系統的采用和行星質量系統的重新測定，使革新現有的行星運動理論和行星歷表成為當務之急。近年來在這方面已有不少成就，其中包括用軌道要素攝動法建立的文字理論和用穆森的坐標攝動法建立的半分析理論等。