專門記錄恆星位置的書叫星表。中國已知最早的星表保存在《開元占經》里。《開元占經》是唐代著作，而它收錄的這份星表是戰國時的石申及其門徒所測，共有121顆星。
恆星位置的測量是中國古代天文學家的常規工作。作為衡量其他恆星的標準恆星，各個星官距星的入宿度和去極度，就成了每次測量的重點。作為天文觀測坐標的二十八宿的方位，歷代天文學家更重視對它進行精密測定。李淳風在唐代貞觀年間(公元627—649年)的觀測，發現了二十八宿的距度值與前代不同，但出於某種顧慮，他仍然使用漢代太初曆的數據。100多年後，一行遇到同樣的問題，他沒有懷疑自己的測量結果，果斷地採用了新數據。宋皇祐年間(公元1049—1054年)的觀測，記錄下345個星官距星的入宿度和去極度，是清初西方星表引入以前現存星數最多的星表。宋代姚舜輔為了編纂《紀元歷》，於崇寧年間(公元1102—1106年)進行了一次觀測，這次觀測精度很高，測量誤差只有0.15°，二十八宿距度被再次更新。元代郭守敬既精於儀器製造又精於天體測量，他的觀測精度較之姚舜輔又提高了一步：二十八宿距度的平均測量誤差小於0.1°。
陳卓之後，各代天文學家對1464顆星以外的其他星都不予重視，而郭守敬對這些無名星進行了系統的觀測，並編入了星表。很遺憾，他的星表長期失傳。直至近10年，才有人從北京圖書館善本書庫明抄本《天文匯鈔》中，查出書名為《三垣列舍入宿去極集》的書，未署作者名。經研究確認為郭守敬星表。與郭守敬同時代的趙友欽創造了恆星觀測的新方法，即利用上中天的時間差來求恆星的赤經差，與現代的子午觀測原理完全一致。
南北朝時，祖沖之的兒子祖暅〔geng 更〕發現北極星並不在北天極，而是離北天極有一度多的角距離。600年以後的沈括則測為三度多，沈括把這兩數的差異，歸咎於祖暅的觀測不夠準確。
其實，不管是二十八宿距度的變化，還是北極星的偏極，都是歲差造成的。雖然古代天文學家已發現這種現象，而且不厭其煩地修正、觀測、再修正，但是沒有人對此作出任何解釋，沒有人去探究發生這種變化的真正原因。
星圖，是恆星位置的形象記錄。中國古代星圖大致上有兩種，一種是示意性星圖，常常繪製在古代建築物或墓穴內壁上，如五代吳越國文穆王錢元瓘〔guan灌〕墓室的頂部和漢代武梁祠的石碑上都刻畫有星象。這種星圖只起裝飾作用，所以比較粗糙、簡略，根本談不上準確性。星象也往往是不全的，有的只是部分天區，甚至一兩個星官。另一種星圖則是為天文學家所用，為查找和計算恆星位置而繪製。所以這種星圖準確性高，記錄的星象比較完整。但從已知星圖看，第二種星圖遠遠少於第一種，而且唐代以前的幾乎沒有。
東漢蔡邕〔yong擁〕的《月令章句》記敘了漢代星圖的大致結構，根據這段文字可復原當時的天文星圖(見圖11)。該星圖是圓形的，以北天極為中心，向外三層紅色同心圓分別為內規、赤道和外規。內規相當於北緯55°的赤緯圈，表示內規以內的天區，總在地平線以上，全年都可看到。外規相當於南緯55°的赤緯圈，表示外規以外的天區，總在地平線以下，全年看不到。從內規外規的度數分析，此星圖曾用於中原地區。
天球是三維體。但中國古代還沒有掌握把它投影到二維平面上的技術。在圖11中，與北天極不等距的黃道應該是一個橢圓形，卻被畫成正圓形。在繪有赤道以南星象的圓形星圖中，這種變形更為明顯。大約在隋代，出現了一種用直角坐標投影的長條星圖，稱為橫圖。在橫圖上，雖然赤道附近的星象接近真實，天極周圍的星象又發生歪曲。解決這個問題的最好辦法就是分別繪製：用橫圖表現赤道附近的星象，用圓圖表現天極附近的星象，宋代蘇頌所繪的一套星圖正是採用這種手法的代表作(見圖12)。這套星圖出自蘇頌的《新儀象法要》，圖中所標二十八宿距度值，與他在元豐年間(公元1078—1085年)的觀測記錄相同，說明此星圖是他根據實際觀測繪製的。
清代的星圖，把天區擴展到南極附近，其與陳卓星表相合的有277個星官1319顆星，另外新設23個星官130顆星。新增加的星中，絕大部分在中國看不到，是根據西方星表補充進來的。