中國古籍有很多關於將天文應用於航海的記載。西漢《淮南子·齊俗訓》：“夫乘舟而惑者，不知東西，見鬥極則寤矣。”東晉法顯《佛國記》：“大海彌漫無邊，不知東西，唯望日月星辰而進。”北宋朱彧《萍洲可談》：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。”明《武備誌》所收的《過洋牽星圖》記有南北、東西星體在水天線上若幹指（角度單位）的數據，用以估計船位。
歐洲在15世紀以前僅能白晝順風沿岸航行。15世紀出現了用北極星高度或太陽中天高度求緯度的方法。當時只能先南北向駛到目的地的緯度，再東西向駛抵目的地。16世紀雖然已有觀測月距（月星之間角距）求經度法，但不夠準確，而且解算繁冗。18世紀六分儀和天文鐘先後問世，前者用於觀測天體高度，大大提高了準確性；後者可以在海上用時間法求經度。1837年美國船長T.H.薩姆納發現天文船位線，從此可以在海上同時測定船位的經度和緯度，奠定了近代天文定位的基礎。1875年法國海軍軍官聖伊萊爾發明截距法，簡化了天文定位線測定作業，至今仍在應用。