由於人們的視力所及，難以辨別恒星距離我們的遠近，故為簡化系統化的描述恒星和我們間的位置關係，便以稱之為「天球」的假想球面為恒星目視的座標。為了確定天體在天球上的位置（球面座標），必須有兩個獨立的座標數據來表示，為使這兩個數據簡明易懂，就有了不同的天文座標系統。中國古代即有「地平座標系」（圖1）、「赤道座標系」（圖2）和「黃道座標系」三種球面座標系統。除了解說日、地、月三者的運行以黃道座標系較為方便外，對於星辰的位置描述，古代較偏重前兩者。
以頭頂正上方的「天頂」和「地平圈」為基本點圈建立的座標系統稱為「地平座標系」（圖1），兩個座標分量是地平高度（以仰角計）和方位。方位就是方向，在方位概念初期，只有東（蒼龍）、西（白虎）、南（朱雀）、北（玄武）四個方向。到了漢代已增為十二個方向，以「十二支」（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥）來命名。後來，為提高測量的精確度，又加入「四維」（艮、巽、坤、乾）表示東北、東南、西南、西北，及「八干」（甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸）來表示24方位（圖3）。
在方位概念生成過程中，先由太陽昇落的運動軌跡觀察定出「東西」方向，然後才觀察到星辰看起來似乎繞著不動點（北天極，鄰近北極星）運行，而又定出「南北」方向。觀察者坐北朝南（因我國位處北半球，日月長年出現在偏南的方位），仰天觀星，發現天之「左旋」（日月星辰從左出而右行，周期地運行著），而定義出垂直於指向北極軸線的平面為「天赤道」。此天赤道平行於地球赤道，它雖非指地球的赤道，但對於非常遙遠的天球面而言，兩者已幾乎無差別。嚴格地來說，天赤道是地球赤道面向外延伸而與天球相交形成的大圓環。以指向北天極軸和赤道環建立的座標系統稱為「赤道座標系」（圖2）。
中國古代天文學家為了比較日、月、五星的運動而選擇鄰近天赤道附近的星象，劃分成28個不同大小的部分，每一部分就叫作一「宿」，作為觀測時的標誌。我國古代就是依據每宿星象的出沒和中天（位於頭頂時）的時刻來判斷季節，甚至在編製的曆法中劃分24節氣，和推算日、月、五星位置的標準。法國天文學家德爾普指出，28宿的星區劃分已明確地預示了今日劃分星空區域的精密方法。依據《呂氏春秋》所記載28宿建構形成的初期目的，是為了觀測月亮的周期運動。由於古代僅憑肉眼直接觀測選取28宿，為了測定天體的明確位置，所以都必需在各宿中選取一顆較明亮的星作為測量的標準，這顆被選定的星稱之為「距星」 。由西向東相鄰兩宿的距星「赤經差」，稱為此宿（位處西側者）的「赤道距度」（簡稱為距度）。在赤道座標系中，天體的位置是用「去極度」和「入宿度」來表示（圖2）。天體和赤道的角距離叫做「赤緯」，所謂的去極度是指天體與北極的角度，相當於現代的「90度減去緯度」。而入宿度是指該天體與它西側相鄰的距星的赤經差，所以我國古代的赤道座標系統的赤經起算點不是一個而是28個。28宿的距星雖然選定了，但由於「歲差」的原因，各宿的距度會緩慢地變化，古人不明白此道理，只好被動地改變新的距度標準值。關於28宿的起源時代，有人認為是在周代初，而據考證，1978年湖北省隨縣擂鼓墩發掘的戰國早期（約公元前433年）曾侯乙墓中，有一個將28宿和4象繪在一畫面上，中央並寫了一個篆文粗體「斗」字的漆蓋圖（圖4）。足見公元前5世紀，當時28宿已經是相當普及的一種天文知識。
圖4.二十八宿漆箱蓋圖：左蒼龍、右白虎，二十八宿圍繞其中央斗星圖。