中国古代的天文导航术，大都是船工水手经验的总结，在长沙马王堆出土的天文帛书《五星占》中已经使用“指”这个单位，而在云梦秦简以及放马滩秦简《日书》中，也已经有了历代天文导航术所承袭的昼夜长短比例表。由此可见，中国古代的天文导航术可以上溯到战国末期，源远流长。成书于公元前2世纪的《淮南子》中记有：“夫乘舟而惑者不知东西，见斗、极则悟矣。”指出北斗星和北极星可以辨认方向。西汉时代，我国的海船就曾经到达印度洋的南亚地区;东晋时着名僧人法显访问过印度和斯里兰卡，他回国时写道：“大海弥漫无边，不识东西，唯望日、月、星宿而进。”这是天文导航的真实写照。航海天文观测是计算航程、把握航向确定船只所在位置所必需的，它包括的内容很多，主要是测时计时，日月出没方位以及恒星出地高度的测定等。测时计时使用的工具主要是香漏、壶漏、盂漏等，海上测时主要是为了确定一天的某些特殊时刻及时间长度，目的是为了校正船用计时器，或者估算时间。古人编的定寅时歌，各节气日出日落时刻表，各月昼夜长度比例表等，也是为了这样的目的。日月出没方位的测定主要是为了确定方向，古人也把一年各月日月出没方位列成表格或编成歌谣。海上测量恒星高度的方法被称为牵星术，测量工具有手掌、刻度尺、牵星板等，所用的单位有角和指两种，角的单位比指小。手掌测量可能使用最广，因此才有了“指”这种单位，方法是横掌平伸，使掌下侧与海平面相切，然后估算星的高度为多少指多少角。刻度尺的使用比手掌要准确。牵星板的记载最早见于明人的笔记，具体内容是：“苏州马怀德牵星板一副，十二片，乌木为之，自小渐大，长者七寸余，标为一指，标为一指、二指以至十二指，俱有细刻，若分寸然。又有象牙一块，长二寸，四角皆缺，上有半指、半角、一角、三角等字。颠倒相向，盖周髀算尺也。”至于牵星板的使用方法，目前尚无定论。据严敦杰研究：板中心穿一根绳子，使木板和绳相垂直，眼在绳端观看。见板下边缘和水平线相切，上边缘和所测星相切时，便可据该板所标刻度读数，得出所测天体的地平高度(使用绳子的目的是使眼和板保持固定的距离)。

随着生产的发展，指南针开始用于航海事业，但船位的确定依然离不开星辰。现存最早的详细记述航海天文学的资料是《郑和航海图》，它原名叫《自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番国》，保存于明末茅元仪编辑的《武备志》中。《郑和航海图》有一幅长达20页的横条形海路图和四幅附图，附图称为过洋牵星图。从海图上我们可以看出，当年郑和船队从刘家港至苏门答腊岛，用的是指南针定位;从苏门答腊岛到斯里兰卡，指南针与天文定位并用;从斯里兰卡到南亚、西亚等地，则主要以星辰定位。海图上共记录有64处各地所见的北极星和华盖星的高度。过洋牵星图中还标明了船过印度洋时在不同地点所见的许多恒星的方位与高度。《郑和航海图》中海员使用的观测工具是牵星板，该牵星板由12块方形的乌木组成，最大的叫12指(每边长约24厘米)，最小的为一指，每块的边长递减。另有一块挖去四角的象牙板，每个缺口标明半指、半角、一角、三角等。一角为四分之一指，一指约在1°～2°之间。明代的《顺风相送》也是宝贵的航海天文学资料。其中有定日月出入位宫、昼夜长短局，定太阴出没歌、定太阳出没歌等，用来确定方向;另外还有一些恒星的出地高度，表示船的位置。

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