天体测量包括天体位置的角度测量、角度测量的误差研究、角度随时间或观测者空间位置不同的变化（即自行、切向速度和视差）和从这些测量值推导天体物理量。仪器几乎可以同时测定分离角度很大（甚至在不同天区）的天体的精确位置，也称为绝对测定。大气的湍流严重影响了广角天体测量的精度。这种方法已在光学和射电波段使用。

广角天体测量法采用的经典仪器有子午环、等高仪、光电中星仪等，测定精度约0.1角秒量级。空间天体测量仪器有依巴谷和Gaia卫星。以子午环为例描述此方法：子午环的望远镜安放在固定的东西轴上，所以望远镜只能沿本地子午圈运动。子午圈是通过天极和天顶的一个大圆，垂直于地平。子午环作2个独立的观测：天体过子午圈的时刻和过子午圈的天顶距（由东西轴上的刻度盘读出）。天顶方向由水银盘给出，仪器方位的稳定性由南北方位标决定。通过观测，可以得到天体的赤经和赤纬，由此方法也可得到基本星表FK5。这类仪器大部分已不使用，但是在采用漂移扫描技术后，有些子午环仍然在发挥作用，如美国海军天文台旗杆镇站8英寸全自动子午环（Flagstaff Astrometric Scanning Transit Telescope FASTT）、法国波尔多子午环对太阳系天王星、海王星、冥王星及木星至海王星的亮卫星、小行星，以及其他感兴趣的天体（如晕白矮星候选者、褐矮星等）进行观测。现在进行广角测量的仪器有：VLBI、光干涉，如美国海军天文台NOI（Navy Optical Interferometer）观测115颗亮星的精度已达到大约8角分，长期的观测可达到几个角分。空间天体测量仪器有：依巴谷卫星、Gaia（全天的全球天体测量仪器）。依巴谷卫星携带一架全反射的施密特望远镜，其中光束联合器由两块稳定保持29°夹角、近于平面的非球面镜构成，此镜把角距约为58°的两个天区送入同一视场。由于卫星的自转，视场中的星像通过主光栅的情况与星像通过子午环的光栅相似，所以称为全球法或绝对测定法。

广角观测所编制的全天星表定义一个参考架，如1988年IAU采用的FK5、1998年采用的ICRF1和2010年采用的ICRF2、ICRS光学波段实现的喜帕恰斯星表和预计2024年发表的Gaia星表，它们在天文、空间研究、大地测量等领域中有广泛使用。虽然窄角观测比广角观测更精确，但是只能得到在小视场中相对的位置和运动，例如光学参考架的加密、自行和三角视差的测定、双星的观测等。但随着观测能力的提高，观测的极限星等接近24星等，因此参考源选择为河外星系时，则窄角观测法也能测定天体的绝对位置和自行。现在这两种观测方法的研究的范围也已经从早期监测地球自转和大陆漂移、太阳系天体（行星、自然和人造卫星、空间导航、小行星）的运动和天体位置的预测（历表），扩展到银河系的运动学和动力学的研究，相对论验证等，例如星团和伴星系的运动、暗物质的分布等。