Las estrellas guardan noche a noche sus posiciones relativas, formando una referencia que los astrónomos de todas las épocas han empleado para discernir el movimiento de los planetas y objetos menores del sistema solar -como asteroides, meteoritos y cometas. Hasta antes del siglo XVIII casi nadie cuestionó la inmutabilidad de la esfera celeste y que las posiciones de las estrellas eran efectivamente fijas.
El primer gran trabajo acerca de las posiciones de las estrellas lo realizó Hiparco, mas de un siglo antes de Cristo. Hiparco desarrolló parte de la rama de las matemáticas conocida como trigonometría, fundamental para medir ángulos y estimar las distancias aparentes de las estrellas en el cielo. Confeccionó el primer catálogo completo de estrellas, indicando en algunos casos sus posiciones absolutas y en otros casos mencionando posiciones relativas a otras estrellas o incluso alineaciones de estrellas. Sus medidas fueron lo bastante precisas como para permitirle descubrir la llamada "precesión de los equinoxios", un pequeño movimiento aparente compartido por todas las estrellas, que proviene del lento cambio de orientación del eje de la Tierra en el espacio. Este catálogo no ha sido recuperado pero se cree que contenía 850 estrellas, las cuales fueron incorporadas tres siglos mas tarde en el catálogo de Tolomeo, de 1020 estrellas. El catálogo de Tolomeo es la referencia mas antigüa que tenemos acerca de las posiciones de las estrellas.
El catálogo de Tolomeo fue revisado y expandido por astrónomos de varios siglos, como el príncipe Mongól Ulugh Begh, el afamado astrónomo Danés Tycho Brahe, Hevelius y Flamsteed, tomando siempre en cuenta las correcciones en las posiciones aparentes de las estrellas debidas a la precesión de los equinoxios descubierta por Hiparco. Durante casi dos mil años nadie pensó que las posiciones de las estrellas relativas entre sí pudieran variar. Fue en 1718 que Edmund Halley, descubridor del cometa que lleva su nombre, publicó un trabajo mostrando que algunas estrellas tenían movimiento propio. Después de siete años de estudiar catálogos de estrellas, en particular el de Tolomeo, Halley mostró que las posiciones de algunas de las estrellas mas brillantes, como Sirio, Arcturus y Aldebaran habian variado con respecto a estrellas mas débiles en la vecindad. En 1738 Jacques Cassini confirmó el hallazgo de Halley al demostrar el movimiento de Arcturus comparando sus medidas con unas efectuadas por Jean Richter en 1672.
El descubrimiento del movimiento aparente de las estrellas, que los astrónomos llaman "movimiento propio", dió lugar a una gran discusión entre los científicos de la época. El hecho de que algunas estrellas se movieran en relación a otras indicaba que estas se encuentran distribuidas por todo el espacio y no fijas a una esfera celestial - como se concebía en la antigüedad. En realidad parte del movimiento aparente de las estrellas en la boveda celeste es intrínseco y parte es debido al movimiento del Sol en nuestra galaxia. Al poco tiempo de los descubrimientos de Halley y Cassini, comenzaron programas dedicados a medir sistemáticamente los movimientos propios de las estrellas. Fue William Herschel quién en 1783 desmostró que el Sol se mueve dentro de la Galaxia, situando la dirección del movimiento del Sol hacia la constelación de Hércules. La velocidad de movimiento del Sol no pudo obtenerse antes de mediados del siglo XIX, ya que para esto se requiere mediciones de distancias a algunas estrellas, lo cual no era factible en los tiempos de Herschel. A finales del siglo pasado Otto Struve estimó la velocidad del Sol en la Ví Láctea en poco mas de tres kilómetros por segundo.
Las técnicas para medir las posiciones de las estrellas y deducir sus movimientos propios se han refinado enormemente desde el advenimiento de las técnicas fotográficas. Hoy en día existe un catálogo digitalizado y disponible en Internet (el Palomar Observatory Digitized Sky Survey, o POSS) con las posiciones de mas de 18 millones de estrellas, el cual emplean cotidianamente astrónomos de todo el mundo. Datos aún mas precisos fueron obtenidos por el satélite Europeo Hiparco, que midió con altísima precisión las posiciones de varias decenas de miles de estrellas. Estos datos estan a la disposición de la comunidad científica mundial y proveen la base para innumerables estudios acerca de la dinámica y estructura de nuestra galaxia.