天体测量学的起源可追溯到人类文化的萌芽时代。远古时期，为了指示方向、确定时间和季节，先后创造出日晷和圭表。由茫茫星空的观测，导致划分星座和编制星表，进而研究太阳、月球和各大行星在天球上的运动。当时的天体测量学既奠定了历法的基础，又确认了地球的自转和公转在天球上的反映，从而逐渐形成古代的宇宙观。因此，早期天文学的主要内容就是天体测量学，以编制星表为主。如公元前400年中国战国时魏国天文学家石申著有《石氏星经》，其中载有121颗恒星的位置；公元前150年左右，希腊天文学家依巴谷发表了依巴谷星表，其中包括约1000颗恒星，位置精度为1000角秒。16世纪W.赫西和第谷，18世纪J.弗兰斯蒂德，19世纪F.阿格兰德等都发表了天体测量星表。20世纪50年代射电和红外技术的发展，产生了射电、红外和X射线波段星表。天体测量的其他参数发现较晚，如1718年E.哈雷发现了亮星（如毕宿五、大角、天狼星等）的自行；1728年J.布拉得雷发现了光行差，1838年F.W.贝塞尔首次成功地测定了近距双星天鹅座61的视差。19世纪末，出现天体物理的测光观测和分光观测，开辟了天体物理观测的新纪元。三角视差测量法是天文学中最早应用的确定天体距离的基本方法，一直是校准其他测量方法结果的依据。难以想象的是缺少行星、卫星、恒星和星系的距离的知识，人类却能正确和客观地认识宇宙。从这种意义上说，天体测量是所有天体物理的基础。1995年W.F.van阿尔特纳等发表的8112颗星的三角视差是基于当时地面天体测量长期和大量工作的最佳成果。

20世纪90年代天体测量具有巨大的变革，虽然观测的方法：广角和窄角天体测量，即绝对和相对测定的基本原则没变，但是随着科学技术的发展，天体测量学所用的仪器和方法有不少变化。例如，天体测量的观测仪器也从子午环、照相天体仪等，发展为甚长基线干涉和光干涉，以及空间天体测量卫星；终端设备的仪器以电荷耦合器件（CCD）替代了照相底片；观测波段及成果也从可见光波段（如FK5、Hipparcos、Tycho、GSC2.3、USNO B1.0）扩展到射电（国际天球参考架ICRF）、红外（如2MASS）、紫外、X射线和γ射线等波段。过去一台仪器常局限于二维、球面上的方位测量，现已走向三维（包括距离）测量时代等。在观测精度从毫角秒提高至微角秒的时代，资料处理必须在相对论框架下进行；数学的表示方法也有所发展：有了球面天文学和矢量天文学之分。研究工作的内容也从天体的位置、距离和运动的测定，扩展至这些资料在天体物理和其他学科中的应用。

20世纪80年代以后，天体测量学的最大成就是河外射电参考架的建立和依巴谷星表的问世。1997年第23届国际天文学联合会（IAU）B2决议：从1998年1月1日起采用国际天球参考系（ICRS），其首次实现为ICRF1。ICRF1包括全天608颗射电源的位置，其中维持参考架稳定的定义源为212颗，源坐标精度平均为±0.25角分，参考架的指向稳定在±0.020角分以内。随着观测数的增加和精度的提高，2009年第27届IAU B3决议：从2010年1月1日起采用ICRF2。它包括全天3 414颗射电源的位置，其中定义源295颗，源坐标精度平均为±40微角秒，参考架的指向稳定在±10微角秒以内。2018年8月IAU决议，于2019年1月1日启用ICRF3。1989年依巴谷卫星的成功发射，开辟了空间天体测量的新纪元。作为依巴谷卫星的主要成果，1997年发表的依巴谷星表包括了近十二万恒星的天体测量参数：位置、自行和视差（见依巴谷天体测量卫星），精度为毫角秒。从1998年起，依巴谷星表取代沿用了十余年的FK5星表，成为ICRS在可见光波段的基本参考系的实现，在天文、空间、测地研究诸领域中广泛使用。第2个天体测量卫星Gaia（见空间天体测量）已于2013年12月19日发射，2016年9月发表了Gaia14个月的资料，2018年公布了第二批数据资料。Gaia观测结果编制的最终星表将可能在2024年甚至更往后发表，包括大约1×10⁹天体的位置、视差和自行，精度达到微角秒，故称为微角秒天体测量。

天体测量与天文学中其他分支学科的发展紧密联系。天体力学和天体物理学推动了天体测量学的发展，如1844和1846年分别发现天狼星的伴星和海王星；卫星和宇宙飞船的导航；太阳系天体（自然和人造卫星、小行星、空间导航）的运动和历书编算，以预测它们今后的位置；高精度的天文观测需要在广义相对论框架中讨论长度和时间尺度。另一方面天体测量工作也为天体物理学和天体力学的研究提供其工作必需的基本参考架和天体测量数据库。例如：①亚毫角秒乃至微角秒精度的天体测量，这是天文学研究和深空探测的需要，将由已发射的天体测量卫星Gaia来实现。②现有的ICRF的加密和依巴谷星表向暗星的扩充（2000年后已发表Tycho-2，UCAC5、GSC2.3），以及参考架的维持和红外乃至多波段天球参考架的创建。③三角视差的测定。它是宇宙距离阶梯的重要一步，也是关于恒星类型（巨星和矮星）和它们绝对光度的基础。④银河系星团和伴星系运动的观测，以便了解银河系物质的分布，特别是暗物质的分布。这是当前的热门课题。⑤天体测量方法是寻找系外行星的方法之一，其天体测量信息与系统的倾角无关，可以直接测定行星与恒星的质量比。

特别应提及高精度天体测量数据已成为研究银河系形成、演化和结构的必需资料，例如：①恒星流的检测。1994年R.伊巴塔（Rodrigo Ibata）首先用SPM3自行资料在人马矮椭球星系检测到这个星系因银河系的潮汐作用而瓦解，并由此产生潮汐流。随后，其他学者用北银极SA57自行资料发现在银河系晕中的大尺度星流；在南银极发现一个顺行的晕星流以及小熊座星流的存在。②暗物质的检测。银河系被暗物质晕包围着，晕的成分是未知的，晕族大质量致密天体是其候选者。现在观测认为它可能是年老的、非常冷的白矮星渐变而成的，所以寻找白矮星、M型褐矮星、L/T型星可以直接检测暗晕物质。③银心星团的研究。1996年德国马克思·普朗克地外物理研究所和美国加利福尼亚大学物理和天文系的两个小组采用不同仪器进行观测，首先用自行证明银心人马座A^*(IR)星团的存在，说明了银河系中心的暗物质是一个大质量的黑洞。继而开始了人马座A^*红外星团中恒星轨道运动测定,研究用1992～2007年15颗星的轨道得到中央黑洞的质量为4×10⁶，位置与人马座A^*的射电位置相符。未来的天体测量在从毫角秒向微角秒精度发展的过程中，将提供更丰富的观测资料，满足天文和空间科学研究工作的需要，而且为天体物理、天体演化和宇宙学的新理论开拓道路。

地面天体测量与空间天体测量比较，虽然观测精度低很多，但是天体测量卫星望远镜口径小和飞行时间短，观测的星等和长期摄动的研究受到限制，所以地面天体测量也有着不可忽视的优势：投资少，见效快；有丰富的暗星观测历史资料；适合于需要长期观测的天体和暗的天体，且安排灵活。每颗空间天体测量卫星上天之前，还有大量的工作需要地面天体测量来完成。毫角秒和亚毫角秒的天体测量已把测量距离好于10%的观测样本(即小于0.1)从5秒差距（FK5星表）扩大到100秒差距（依巴谷星表），不久将至20千秒差距（Gaia星表）。高精度、大样本的观测资料的涌现将推动天体测量资料在恒星物理、星系、宇宙距离尺度的确定等研究方面的发展，从而获得显示度更高的成果。促进天体测量（位置、自行、视差）和非天体测量（视向速度、光度、元素丰度等）资料的联合应用，将天体物理的研究推上一个新的台阶。