天体测量是研究怎样测定天体位置和天体到达某个位置的时间的一门学问。我国古代在天体测量方面的成就是辉煌的。
主要表现在星表、星图和天文仪器等几个方面。
星表是把测量出的若干恒星的坐标汇编而成。世界上最古老的星表是我国战国时代的石氏星表。观测者是公元前4世纪的魏国人石申，他曾编过一部书，叫《天文》，后人尊称其为《石氏星经》。石氏星表仅仅是这部书中的一部分内容。它有28宿距星和其他一些恒星共115颗的赤道坐标位置。它是后世许多天体测量工作的基础。诸如测量日、月、行星的位置和运动，都要用到其中28宿距度的数据。28宿是天文学家为了确定日月星辰和其他天象所在的位置，沿黄道和天赤道把附近的天区划分为28个区域。这是我国天文历法中一项重要的基本数据。
星图制作是对恒星位置观测成果的形象记录，它用来帮助进行天文观测，是天文学上用来认星和指示位置的一种重要工具。它的意义就好像地理学上的地图。除了28宿的划分外，又对天赤道以南和以北的其他天区，做了不同的划分，称为宫。
我国的星图起源于所谓“盖图”，它是用来演示盖天说的。所以可以说，圆型的盖天说星图在汉代已经初具规模。它是把我国中原地区全天可见的星象画在一张圆形的图上，圆心是北天极，外面有几个同心圆，最小的圆圈是恒显圈，最外的圆圈是恒隐圈，中间的圆圈是天赤道。图上还画有表示黄道的圆圈。
随着对天空星象长期观测，星图所记录的星辰数目也逐渐增多。东汉初年，星图上载的恒星有118宫，计783颗。
三国时期的吴国人陈卓，入晋任太史令，综合前人的工作，把甘德、石申、巫咸三家所记录的恒星图予以汇总，共有283宫，1464颗星。他的工作成果，一直被后世天文学家奉作圭臬。
唐代王希明著的《步天歌》，把全天分成三垣28宿，共计31个天区，介绍了西晋陈卓的星图内容。它用七字一句的诗歌形式写成，文字通俗浅近，又配有星图，生动地描述了恒星间的位置关系，容易背诵和记忆，对普及恒星知识起了很大的作用。
隋唐宋元时期，对于恒星位置的测量，受到广泛的重视。仅宋朝时期，就曾经进行过7次大规模的恒星位置观测工作。
第一次是在公元976—984年对28宿距度的测定。
第二次是在公元1010年由韩显符进行的对全天恒星位置？测定。
第三次是在公元1034年编撰《景佑乾象新书》的时候进行的观测，结果都亡佚，只有28宿距星（每一宿里取做定位置的标志星叫做这一宿的距星）位置的测量成果还保存在《宋史·天文志》中。
第四次是在公元1049—1053年间，由周琮等人进行的。结果用星表的形式载在《灵台秘苑》等书里，也只存360颗星的入宿度和去极度值。标记恒星在天体中的位置方法，主要有两类，对于28宿距星，采取距度和去极度标记位置。距度为本宿距星与下宿距星之间的赤经差。去极度为距星赤纬的余角。对于其他恒星，采用入宿度和去极度。入宿度是指28宿之外的其他恒星离本宿距星的赤道差。
第五次测量是在公元1078—1085年进行的，结果用星图的形式留存下来。苏颂（公元1020—1101年）所著《新仪象法要》一书里的星图和苏州石刻星图都利用了这次观测的成果。苏颂星图是在公元1094—1096年间绘制的，它采取圆和横图相结合的画法，而且还增加了一幅以天南极作为中心的圆图，一共绘恒星1464颗。苏州石刻星图是在公元1247年由王致远按黄裳在公元1190年左右所绘的原图刻制的，星图采取了我国古代传统的绘法，就是以天北极作为中心，绘有3个同心圆，分别代表天北极周围的恒显圈、天赤道和天南极周围的恒隐圈，有28条辐射线表示28宿距度，还有黄道和银河等，所刻星计1430多颗。由于它们都是以实测的定量结果作为依据的，所以恒星位置都绘得比较准确，是我国古代星图制作的两幅有代表性的佳作。
第六次是在公元1095年对28宿距度的复测工作。
第七次是由制纪元历的姚舜辅等人在公元1102—1106年进行的，得到了28宿距度的新数值。据研究，它的误差绝对值平均只有0．15度，是北宋七次测量中精确度最高的一次。
到元代，郭守敬等在公元1276年又进行了一次大规模的恒星位置测量工作，对28宿距度的测量精确度比宋代姚舜辅的结果又提高了大约一倍。郭守敬等测量了大约2500颗恒星的位置，还编制成了星表，可惜的是，绝大部分成果没有流传下来。
近年发现的星图中最早的是从五代的时候吴越王钱元和他的次妃吴汉月墓中出土的两块28宿星图刻石。每个图上大约有星180颗。它们的位置刻得相当准确，是古星图中的珍品。
举世闻名的苏州石刻天文图，根据公元1078—1085年的观测结果绘制。绘于公元1190年，1247年刻石。图上画有银河；内外规之间还画有通过28宿距星的经线28条。
敦煌发现的唐初绢质星图，是留存至今的世界上星数最多而又最古老的星图，星数大约1350颗：它把天北极周围紫微垣附近的星画成圆图，其他星按太阳在12个月中的所在位置沿赤道均分成12幅长方形的横图，类似现在的沿赤道圆住投影的形式。
它可能是古老星图的抄本。用圆和横图相结合的画法，使恒星的位置变形比较小，是古代星图绘制中的一个重要创造。
可惜的是，这份星图已经于1907年被帝国主义分子斯坦因盗走，现存于英国伦敦博物馆。
我国古代有优良的星图绘制传统，留下了丰富的有价值的历史遗产。这是值得我们引以为自豪的成就。
观测恒星，测定天文常数，还要依靠天文仪器。
我国最早的测天仪器是测日影的土圭，在春秋、战国时期就已经利用它作为测定回归年长度的工具。还有漏壶是用来计时间的。浑仪是演示天体运动的。
从两汉到隋唐，浑仪与浑象更加完善。
到了宋元，我国古代传统的天文仪器包括漏壶、圭表、浑仪、浑象等，都发展到了高峰。
在时间测量方面，宋仁宗天圣九年（公元1031年），燕肃在漏壶中首次采用漫流系统，他使起度量时间作用的漏壶一直处于漫溢状态，使多余的水从漏壶上部的小孔流出，这样就保持漏壶有恒定的水位，基本上消除了漏壶水位变化对流量的影响，提高了计时的准确性，是漏壶技术发展史上的一项重大革新。
在圭影测量技术上，出现了四丈高表和景符测影法，它能够克服表端的影子因日光散射而模糊不清的缺点。
浑仪也有了相应的改进。唐初，李淳风造了一架新型的浑天黄道铜仪，它具备了度量各不同坐标系统的环圈，包括地平、赤道、黄道、白道等系统。黄道环上有249对小洞眼，每过一个交点时，就把白道移过一对洞眼，巧妙地解决了黄白交点移动快带来的问题。
北宋时期，浑仪的制作十分频繁，先后制造了5架巨型浑仪，每架用铜两万斤左右。它们克服了浑仪环圈过多，校正、安装、运转不便等弊病，在浑仪结构上出现了两种发展变化，一是减少不十分必要的环圈，靠数学方法的改进进行坐标间的变换；二是改变一些环圈的安装位置，以扩大视野。
宋代沈括取消了白道环。元代郭守敬取消了黄道圈，进而创造性地设计和制造了著名的简仪。
简仪是由四游、百刻、赤道、阴纬、立运5个环组成。四游、百刻、赤道3环组成一个赤道装置，是近代大型望远镜赤道装置的原型；阴纬、立运两环组成一个地平装置，置于赤道装置北面支柱的横梁底下，它是近代地平经纬仪的先驱。两种装置分别设有窥衡，窥衡两端圆孔都置有十字线，可以增加照准的精度。这个十字线是现在天文望远镜里十字丝的祖先。简仪在天文仪器发展史上具有十分重要的地位。
“水运浑仪”是一行等人在张衡水运浑象的基础上设计的。除了自动演示天体运动外，还能自动报时。这已经具备了原始天文钟的雏形。
北宋太宗太平兴国四年（公元979年），张思训制作了一台高一丈多的自动浑象，能自动报时。还改用水银作为动力，克服了用水冷热不均的缺点。
公元1088年，苏颂、韩公廉等还制成了高12米、宽大约7米的“水运仪象台”，把浑仪、浑象、报时器和圭表合成一体，浑仪、浑象、报时器都用漏水作为动力，通过复杂的齿轮系统带动自动运转，能和天球的昼夜旋转相吻合，又可以通过击钟、击鼓、击钲、出现木人等形式，自动地显示时刻更筹的消长。它是近代天文钟的直接祖先。
这些重要的发明创造，显示了我国古代天文仪器制造和机械技术的卓越成就。