Långt innan man hade någon välgrundad uppfattning om himlakropparnas natur kunde man mäta deras positioner och rörelser på himlavalvet. Antikens stora astronomer (Hipparchos, Ptolemaios) satte in observationerna i för den tiden avancerade matematiska modeller, och detta växelspel mellan alltmer exakta observationer och teoretiska förklaringar är ett ledmotiv i astrometrins utveckling.