银河系侧看像一个中心略鼓的大圆盘，整个圆盘的直径约为10万光年，太阳系位于距银河系中心约2.6万光年处。鼓起处为银心是恒星密集区，故望去白茫茫的一片。

银河系俯视呈旋涡状，有4条螺旋状的旋臂从银河系中心均匀对称地延伸出来。银河系中心和4条旋臂都是恒星密集的地方。比较大的旋臂有4条，但研究表明主要的旋臂只有两条，另两条都未发育完全)有十几万光年。中间最厚的部分约12000光年。 

太阳位于一条叫做猎户臂的支臂上，距离银河系中心约2.64万光年，逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周约需要2.5亿年）。银河系的发现经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成。而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。 

18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。

20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。

H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在中心。沙普利得出，银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距。这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。

20世纪20年代，银河系自转被发现以后，沙普利的银河系模型得到公认。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。

银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。

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。

在天文学产生后的一段很长时间里，人类只限于用肉眼观测太阳、月亮、行星和恒星在天空中的位置，研究它们的位置随时间变化的规律。

在对星星测量的基础上，古代的天文学家注意到恒星在天空的位置相对不动，由此绘制出星图，划分星座和编制星表；进而研究太阳、月亮及行星的运动，在测量天体视运动的基础上编制历法。

17世纪初发明了望远镜；17世纪下半叶又创立了微积分，发现了万有引力定律。拥有望远镜的巴黎天文台和格林尼治天文台相继建立起来了。天体测量学的新发现，如光行差现象、地轴的章动现象、恒星视差的测定等等接连为人们所认识，天体测量学的成果通过时间服务和历书编算（即授时和编历）等，被运用到大地测量和航海事业等方面。