La navigazione celeste (detta, con termine più scientifico, astronavigazione) consiste nel misurare l'angolo tra un corpo celeste (il sole, la luna, un pianeta o una stella) e un punto nell'orizzonte per determinare la propria posizione nel mondo. Si tratta di un'abilità irrinunciabile per chi navigava in acque aperte. Per esempio, l'altezza del sole sull'orizzonte paragonata a quella di altri corpi celesti veniva utilizzata per calcolare la latitudine della nave. Allo stesso modo, una misurazione angolare della stella polare paragonata con quella di un'altra stella più prossima all'orizzonte può rivelarne la posizione longitudinale.
La forma di navigazione celeste più nota (e più antica) è quella delle popolazioni della Polinesia, in grado di memorizzare la posizione delle stelle in tutte le stagioni e utilizzarle per attraversare migliaia di chilometri di oceano aperto con un margine di errore minimo. Nell'Europa medievale l'astronavigazione era una delle sette arti meccaniche; il primo astrolabio da marinaio fu utilizzato nel Mediterraneo da mercanti musulmani (esso permetteva inoltre di localizzare facilmente la qibla e calcolare le ore per la preghiera, detta Salāt). Dalla Cina, inoltre, arrivò un'innovazione fondamentale: la bussola magnetica.
Considerati i pericoli delle tecniche di navigazione stimata, come la possibilità di arenarsi o perdersi e morire di fame, l'utilizzo congiunto dell'astrolabio e della bussola raggiunse il proprio picco durante l'età delle grandi esplorazioni geografiche. Tali strumenti furono utilizzati nella prima circumnavigazione della terra, in aggiunta ovviamente al senso dell'orientamento di Magellano stesso.
L'invenzione, col tempo, di radio, radar e satelliti ha ovviamente reso la navigazione più semplice e sicura; ancora oggi, però, i marinai si rivolgono alle stelle per conoscere il proprio percorso e completarlo in sicurezza.