了解恒星的距离是天体物理学的基础。它使我们能够理解宇宙的结构和恒星演化（固有光度、大小、质量、年龄等），校准测量以建立宇宙学尺度，检验物理理论，寻找系外行星和地外生命等。
要测量恒星的距离，我们必须使用基于几何、测光或光谱学原理的间接方法。
视差基于一个纯粹的几何原理：从地球轨道上相隔6个月的两个相对位置观测一颗恒星，会发现该恒星相对于固定星空背景产生微小的视角度位移。这个角度被称为周年视差 \(p\)，以角秒为单位表示。
距离 \(d\) 以秒差距为单位时，由关系式简单给出：\(d = \frac{1}{p}\)
其中 \(p\) 以角秒为单位。例如，一颗视差为 \(\text{0.1}''\) 的恒星位于10秒差距处，约合32.6光年。 依巴谷卫星（Hipparcos）及随后的盖亚卫星（Gaia）彻底革新了这一方法，能够测量小至数微角秒的视差，从而测定数千光年外的距离。
注：凭借10微角秒的视差精度，盖亚卫星可测量约32.6万光年范围内的距离——这覆盖了整个银河系（直径约10万光年），甚至包括大麦哲伦星云（约16万光年）等部分卫星星系。
当天体具有已知的固有光度时，它可作为"标准烛光"。通过比较其绝对星等\(M\)与视星等\(m\)，利用距离模数公式：\(m - M = 5 \log_{10}(d) - 5\)，即可得到以秒差距为单位的距离\(d\)。
造父变星是特别有价值的标准烛光：其光变周期与其内在光度直接相关（周光关系）。通过测量其周期和接收到的通量，我们可以推算出它们的距离。Ia型超新星也扮演着类似角色，但适用于更大尺度（可达数十亿光年）。
注：1912年，亨丽埃塔·斯旺·莱维特（1868–1921）通过研究小麦哲伦云的摄影数据，确立了造父变星的周光关系。
对于非常遥远的星系和天体，已无法观测到视差甚至标准烛光。此时我们使用光谱红移 \(z\)，这是宇宙膨胀的结果。 星系越远，其光线红移程度越大。
哈勃-勒梅特定律提供了对宇宙学距离的估算；它将红移与距离联系起来：\(v = H_0 \cdot d\)
其中 \(v\) 是退行速度（与红移相关），\(H_0\) 是哈勃常数，\(d\) 是距离。 这种测量方式使我们能够探索可观测宇宙的遥远边界。
通过对遥远星系、类星体和宇宙微波背景辐射的观测，我们得到的红移值最高可达：
其他方法也被采用：将疏散星团或球状星团与等时线模型（相同年龄的恒星集合）进行比较，通过多波段测光（紫外U、蓝光B、可见光V、红光R、近红外I等）研究主序星，或利用星震学（分析恒星内部振荡）。这些方法常被交叉验证以提高精度。
恒星的距离并非直接测量，而是通过推算得出的。借助一系列环环相扣的技术，天文学家构建了一把宇宙尺，其测量范围从邻近恒星延伸至超过100亿光年外的星系。每种方法都以前一种为基础，形成层层递进的层级结构，有时被称为"距离阶梯"。未来，借助盖亚、詹姆斯·韦伯太空望远镜以及未来的极大望远镜等仪器，这一架构将得到进一步精化。
碳星：播撒生命种子的垂死恒星 
磁星：当中子星变成磁力炸弹 
宇宙中的不朽者：当宇宙陷入黑暗，它们仍在闪耀 
安提基特拉机械：宇宙的齿轮 
恒星，黄金时代的遗产：阿拉伯天文学 
恒星：化学元素的宇宙熔炉 
自适应光学与激光导引星 
宜居带：恒星附近的生命黄金地带 
脉冲星：跳动的心脏 
银河系巨星：质量最大、体积最大、最明亮恒星排行榜 
恒星系统中的第一批矿物 
什么是坍缩星？ 
恒星的生命：从星云坍缩到剧烈爆炸 
当恒星死亡：黑洞的诞生 
中子星：当原子不再存在 
蓝巨星与红超巨星：大质量恒星的命运 
引力坍缩：恒星的形成与诞生 
伽马射线暴之谜 
白矮星：生命末期的恒星 
褐矮星：介于恒星与巨行星之间 
恒星风：光与宇宙尘埃的相互作用 
天空中最亮的恒星：前50名 
雪茄星系爆炸 
小物体逃离黑洞的逃逸速度 
古尔德带：一场恒星烟火 
恒星的死亡：质量如何决定它们的最终命运 
蓝色、白色、黄色、橙色恒星 
昴星团：七姐妹与数百颗恒星 
北落师门：鱼嘴星 
黄矮星：太阳与它的恒星表亲 
星团：深空中的宝石 
什么是造父变星？ 
遮住星光以观测系外行星 
参宿四：猎户座中处于混沌边缘的巨星 
亮行星与闪烁恒星：识别它们的艺术 
从肉眼到太空望远镜：用什么方法评估恒星的距离？ 
鹿豹座U星：正在失去外壳的碳星 
红矮星：最小的恒星 
麒麟座V838：像超新星一样点亮却没有坍缩的恒星 
半人马座阿尔法星附近的恒星 
超级爆炸与第谷超新星SN 1572 
科阿特利库：我们太阳的起源恒星