恆星的位置並不「恆定」，只不過因為距離地球非常遙遠，它們的位置變化，幾百年甚至更長的時間都很難察覺出來。於是，古人在探索太陽、月亮和五大行星的運動規律時，順理成章地把「恆定」的星空背景作為坐標參照系。
人們要建立這個參照系，必須明確恆星分布的特徵。通常是把恆星劃分成若干個星群，叫做星官，類似現在所說的星座。每個星官的星數不同，少則一顆，多則幾十顆，根據它們組成的形狀，被賦予相似物的名稱，比如，「杵」〔chu楚〕三星和「臼」〔jiu舊〕四星，與實物極為相像(見圖10)。
有了名稱的星官易於記憶，但中國的星官的數目太多，陳卓總結的1464顆星就分屬於283個星官，仍然不便於辨認，這就需要更高一層次的劃分。《史記·天官書》曾把可見星空分成五大天區，叫五宮。中宮是指北極附近的星空，除中宮以外的天空，以春分那一天黃昏時的觀測為準，按東、西、南、北分為四宮，每宮又派生出七宿，共二十八宿，所有星官包括在中宮和二十八宿中，成為大單位下的小單位。雖然司馬遷以後，星官數、星數都有很大變化，但基本框架已經成形。下面的表格是以陳卓星表統計的。
當太陽出現時，由於地球表面大氣的散射作用，它的明亮遮掩住所有的恆星，使人無法判斷其位置。古人注意到，月相實質上顯示了月亮和太陽的位置關係。比如，滿月時，太陽與月亮相對，太陽西面落下的同時，月亮從東面升起；上弦月時，太陽與月亮相差90°，太陽落下時，月亮應當在頭頂上方。觀測月亮在恆星中的位置，可以倒推太陽的位置，所以，中國古代很重視研究月亮的運行規律。
二十八宿是怎樣形成的？為什麼偏是二十八而不是其他的數目？古印度也有過用28份劃分黃赤道天區的歷史，稱為28個月站。而「宿」字與「月站」具有相同的含義，二十八宿的本義應該是月亮運行中的二十八個宿營地。事實上，月亮的恆星周期為27.32日，假設月亮每天走一宿，不能說不符合推測。然而，中國二十八宿的距度值是不等的，大的達33°，小的只有1°，這種不等的規定顯然有違於月站的含義。不過，在先秦文獻中可以發現二十八宿等間距分法的痕迹。究竟是什麼導致了二十八宿不等間距的情況，始終是一個謎。
中宮後來又分成三個區，即紫微垣、太微垣和天市垣。垣，就是牆的意思。由於這三個天區都有像圍牆一樣的星官，所以這樣命名。
將全天星空分配於三垣二十八宿，從《史記·天官書》就開始了，但三垣和二十八宿的劃分不是一次完成的，直到唐代的天文啟蒙讀物《丹元子步天歌》，才第一次較全面地以三垣二十八宿概括全天可見星空。