Thiên văn học đo đạc vị trí là nhánh lâu đời nhất của thiên văn học. Nó đo lường vị trí và chuyển động của các vật thể trên bầu trời với độ chính xác phi thường. Trước khi có kính viễn vọng, các nhà thiên văn học theo dõi các hành tinh bằng mắt thường và ghi lại vị trí của chúng so với các ngôi sao. Công trình đó đã tiết lộ rằng các hành tinh quay quanh Mặt Trời, chứ không phải Trái Đất.

Thiên văn học hiện đại sử dụng kính viễn vọng, máy ảnh và máy tính để đo vị trí với độ chính xác đến mili giây cung. Nhiệm vụ Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã lập danh mục vị trí, khoảng cách và chuyển động của gần hai tỷ ngôi sao. Dữ liệu của nó đã làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về cấu trúc và lịch sử của Dải Ngân hà.

Phương pháp đo đạc thiên văn cũng giúp tìm ra các hành tinh. Một ngôi sao có hành tinh quay quanh sẽ hơi chao đảo khi hành tinh đó hút nó. Sự chao đảo đó thể hiện dưới dạng sự dịch chuyển định kỳ vị trí của ngôi sao trên bầu trời. Phương pháp này, được gọi là phát hiện bằng phương pháp đo đạc thiên văn, bổ sung cho các kỹ thuật quan sát quá cảnh và vận tốc xuyên tâm. Nó hoạt động tốt nhất đối với các hành tinh có khối lượng lớn trong quỹ đạo rộng.

Lĩnh vực này cũng theo dõi các tiểu hành tinh, sao chổi và tàu vũ trụ. Vị trí chính xác giúp chúng ta không bị mất dấu các vật thể và giúp dự đoán các lần tiếp cận gần. Nếu không có thiên văn học, chúng ta sẽ điều hướng hệ mặt trời một cách mù quáng.