春秋战国时期，海上导航技术已与天文学联系起来。战国时期人们已经对二十八星宿和一些恒星进行了定量观测，并取得了可喜成果，并把海上航行与天文学相结合，利用北极星为航行定向。战国时期，磁石“司南”已发明。但其用途主要用于陆上定位。春秋战国时期主要以太阳和北极星为海上导航标志。

在先秦时期天文导航的基础上，秦汉时期的导航技术有了进一步的提高。据《汉书·艺文志》载，西汉时海上导航的占星书已有《海中星占验》十二卷，《海中五星经杂事》二十二卷等有关书籍总计达一百三十六卷之多，可能是中国航海人员载航海过程中总结出来的天文经验和规律。其内容应是记录航海中对星座、行星等位置判定以确认航线。

唐代天文定位术的发展，集中体现在利用仰测两地北极星的高度来确定南北距离变化的大地测量术。开元年间天文学家憎一行已可以利用“复矩”仪器来测量北极星距离地面的高度，虽与实际数字有一定的差距，但这是世界首次对子午线的实测，而且这种测量术很可能已经在航行中使用。唐代航行者已掌握利用北极星的高度而进行定位导航。

牵星术，乃是当时一种利用天文状况进行测位的航海技术。即在船上利用牵星板来观察某一星辰的高度，借以确定船只所在的地理位置。特别是在深海中，地形水势难以提供有效的识别，无所凭依，往往以天象来确定航位。《郑和航海图》中就附有《过洋牵星图》，记录在印度洋地区的牵星航海。