恆星天文學方法是用觀測和理論相結合的手段對恆星及眾多恆星所組成的集體進行研究的科學方法。以求得出恆星在空間的分布及運動、各種恆星系統的結構和動力學特性、恆星和恆星系統的起源和演化等結論。早期的恆星天文學研究方法主要以統計分析為主。通過分析大量的恆星分布、運動、星等和光譜型等資料,找出某些具有規律性的東西。如星團、星協,反映恆星演化規律的赫羅圖,確定恆星質量的質光關係,確定恆星距離的周光關係等,都是通過統計分析方法發現的,再通過理論分析論證,以找出它們的力學機制或物理學機制。
近代恆星天文學研究開始注重理論分析方法,分析研究星系和星團的結構、運動、形成和演化等問題。比較成熟的理論如星系動力學就是以動力學和相對論力學為手段研究大質量大空間內物質的分布和運動規律。恆星天文學的發展與天體測量學、天體照相、天體物理學和射電天文學等學科的發展是分不開的。由於後者既為它提供了資料,又提供了理論和方法。才使它得以實現統計分析與理論分析相結合的研究方法。恆星天文學的發展涉及面很廣,不斷吸收有關學科的新理論和新方法,十分有利於自身的開拓。