天文學中最先發展起來的一個分支，主要任務是研究和測定天體的位置和運動，建立基本參考坐標系和確定地麵點的座標。它包括球面天文學、方位天文學、實用天文學、天文地球動力學。
確定天體的位置及其變化，首先要研究天體投影在天球上的座標的表示方式、座標之間的關係和各種座標修正，這是球面天文學的內容。天體的位置和運動的測定屬於方位天文學的內容，是天體測量學的基礎。天體測量依觀測所用的技術方法和發展順序，可以分為基本的、照相的、射電的和和空間的四種。把已經精確測定位置的天體作為天球上各個區域的標記，選定坐標軸的指向，就可以在天球上確定一個基本參考坐標系，用它來研究天體（包括地球和人造天體）在空間的位置和運動。這種參考坐標系，通常用基本星表（見星表）或綜合星表來體現。以天體作為參考坐標，來測定地面點在地球上的坐標，是實用天文學的課題，用於大地測量、地面定位和導航。地球自轉的微小變化，都會使天球上和地球上的坐標系的關系復雜化。為瞭提供所需的修正值，建立瞭時間服務和極移服務。地球自轉與地殼運動的研究，又發展成為天文地球動力學，它是天體測量學與地學各有關分支之間的邊緣學科。天體測量學的這些任務是相互聯系，相互促進的。按學科內容劃分，列表如下：
天體測量學按學科內容劃分
天體測量學的起源可以追溯到人類文化的萌芽時代。遠古時候，為瞭指示方向、確定時間和季節，先後創造出日晷和圭表。對茫茫星空的觀測，導致劃分星座和編制星表，進而研究太陽、月球和各大行星在天球上的運動。當時的天體測量學既奠定瞭歷法的基礎，又確認瞭地球的自轉和公轉在天球上的反映，從而逐漸形成古代的宇宙觀。因此，早期天文學的主要內容就是天體測量學。
根據浩瀚的天體測量資料，經過精心研究得出的開普勒行星運動三大定律（見開普勒定律），為天體力學的建立創造瞭重要條件。天體力學與天體測量學一向是密切配合的，依靠觀測太陽、月球、大行星和小行星的大量資料和天體力學的研究方法，總結出太陽系天體(特別是地球和月球)的運動理論。它不但為太陽系演化的研究提供素材，而且是測定天文時間與導航工作的重要依據。在航天時代，天體測量技術的提高與天體力學方法的改進，更是相輔相成，互相推動。例如，研究人造衛星和宇宙飛行器的軌道，研究地球和月球運動的細節，都需要天體力學與天體測量學的配合。
對恒星的位置、自行和視差觀測所得到的恒星的空間分佈和運動狀態的資料，是研究天體物理學，特別是研究恒星天文所需的基本資料。對銀河系結構、星團和星協動力學演化、雙星系統和特殊恒星的研究及宇宙學的研究，都需要依據大量的天體測量資料，這就對天體測量學提出更高的要求。
目前的天體測量的手段，已從可見光觀測發展到射電波段，以及紅外、紫外、X射線和γ射線等波段的觀測；在觀測方式上，已由測角擴展到測距；觀測所在地已由固定天文臺發展為流動站、全球性組網觀測以及空間觀測；觀測精度正在走向0.″001級（測角）和厘米級(測距)；觀測的天體也向星數更多、星等更暗的光學恒星、星系、射電源和紅外源等擴展。可以預期，現代的天體測量學不但能以厘米級的精度完成實用天文學的任務，建立更理想的基本參考坐標系，進一步推動天文地球動力學的研究，而且還能提供十分豐富的基礎資料，為天體物理學、天體演化學和宇宙學的新理論開辟道路。