天文航海技术主要是指在海上观测天体来决定船舶位置的各种方法。我国古代出航海上，很早就知道观看天体来辨明方向。判断航船所处方向的主要有三种方法：观斗辰、观太阳、利用指南针。
以北斗或北极星来导航的记载，自汉代以来屡见于史籍，大意是说舟行于大海之中四面都是水，找不到分辨方向的标志物时就不能分辨出东西方向，这时可以借助于北斗星或北极星来分辨方向。史书真实地反映了早在西汉以前，中国先民就已经开创了航海事业，并且懂得借助于北极星的导向，来纠正行船的方向。
东晋高僧法显曾远行到天竺（今印度）取经，从印度搭船回国后撰《佛国记》，书中记载“大海弥漫，无边无际，不知东西，只有观看太阳、月亮和星辰而进。”除掉夜观辰极以定向以外，白天还可用太阳来确定方向，但如果遇到阴雨天看不到太阳、星星和月亮时，只有等到天晴日出有星之时，才能分辨出方向，纠正船的正确方向继续航行。
观测太阳如何能知道方向呢？南宋吴自牧《梦梁录》中明确地指出舟师用观测太阳的出没方位来认定航向。任何一地的太阳出入方位，既与观测者所处的地理纬度有关，也与一年中不同的时节有关。但无论何地，其春秋分附近的太阳出入方位，几乎都位于正东西方向。
在指南针出现之前，灯塔基本上扮演着指南针的作用。沿岸航行者一路观察岸上的灯塔，就可以很容易的识别自己的所在位置和方向。一直到北宋以前，航海中还是“夜间看星星，白天看太阳”。宋元是中国古代科技史上的黄金时代，也是历史上“海上丝绸之路”的全盛时代。宋朝时指南针被称指南浮针或水罗盘，经阿拉伯人传入欧洲并改进为旱罗盘，其性能比水罗盘优越，使人们获得了全天候的航行能力。
小小的指南针完全改变了海洋图景，将人类带入一个航海时代，或者说海洋时代。在指南针出现之前，所谓的海洋时代其实只是海岸时代。
指南针使人类获得了自信，从而得到了海上自由，郑和下西洋无疑是指南针最成功的一次应用。
