天体测量学或测天学（Astrometry）是天文学中最古老也是最基础的一个分支，主要以测量恒星的位置和其他会运动天体的距离和动态。他是传统科学中的一个子科目，后来发展出以定性研究为主体的位置天文学。天体测量学的历史，在西方可以追溯到喜帕恰斯（Hipparchus），他编辑了第一本的星表，列出了肉眼可见的恒星并发明了到今天仍沿用的视星等的尺标。现代的天体测量学建立在白塞耳的基本星表上，这是以布拉德雷在公元1750至1762年间的测量为基础，提供了3,222颗恒星的平均位置。
除了提供天文学家基本的参考座标系作为她们在天文观测报告之用外，天体测量学也是天体力学、恒星动力学和星系天文学等学门的基础。在观测天文学中，天文测量的技术协助鉴别出各种天体独特的运动。他的设备也用于守时（keeping time），因为协调世界时（UTC）是在确切观测地球自转的基础上，以闰秒的调整与原子时间取得协调与一致。天体测量学也与极端复杂的宇宙距离尺度有所关联，因为他用于建立视差以估计银河系内恒星的距离。
古时候人们为了辨别方向、确定时间，创造出日晷和圭表来。古代天文学家为了测定星星的方位和运动，又设计制造了许多天体测量的仪器。通过对星空的观察，将星空划分成许多不同的星座，并编制了星表。通过对天体的测量和研究形成了早期的天文学。直到十六世纪中叶，哥白尼提出了日心体系学说，从只是单纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，发展成寻求造成这种运动力学机制的天体力学。
天文测量是量度恒星和行星运动的科学。在1990年代，天文测量被用于检测轨道绕着个别地外太阳系的气体巨星。经由观察恒星摆动和计算造成这种摆动所需的的重力，然后可以推算造成这种影响的行星的质量。
天文学家利用天体测量的技术来追踪近地小行星，也利用天体位置微小的周期性变动，这是行星与恒星互绕质量中心产生的位置偏移，用来搜寻系外行星。NASA计划在太空干涉仪任务（SIM行星搜寻）中，应用天体测量的技术来侦测在200光年的距离内，或是最接近的类太阳恒星中，可能存在的类地行星。
天体测量学的测量结果被用来修正天文物理学家在天体力学下建立的一些模型。基于测量得到的中子星速度，可能会导致超新星爆炸是非对称的结论。同样的，天体测量的结果也用于确认暗物质在星系内的分布状态。
通过研究天体投影在天球上的坐标，在天球上确定一个基本参考坐标系，来测定天体的位置和运动，这种参考坐标系，就是星表。在实际应用中，可用于大地测量、地面定位和导航。地球自转和地壳运动，会使天球上和地球上的坐标系发生变化。为了修正这些变化，建立了时间和极移服务，进而研究天体测量学和地学的相互影响。
古代的天体测量手段比较落后，只能凭肉眼观测，对于天体测量的范围有限。随着时代的发展，发现了红外线、紫外线、X射线和γ射线等波段，天体测量范围从可见光观测发展到肉眼不可见的领域，可以观测到数量更多的、亮度更暗的恒星、星系、射电源和红外源。随着各种精密测量仪器的出现，测量的精度也逐渐提高。
在科幻小说星际争霸战中，天体测量仪曾在许多的场景中以各种不同的型态出现。
