המרחק מכדור הארץ לשמש, מבוטא ביחידות אורך יבשתיות, שווה בערך ל-150,000,000 קילומטרים. בקביעת מרחקים אסטרונומיים גדולים, תיעוד כזה אינו נוח לחלוטין מכיוון שהמרחקים בין שאר כוכבי הלכת והעצמים של מערכת השמש יצטרכו להתבטא במספרים רב ספרתיים.
היחידה האסטרונומית, שהתפתחה במהלך ההיסטוריה, היא יחידת מדידת מרחק באסטרונומיה - מדע היקום. הוא משמש בעיקר לקביעת המרחק בין עצמים שונים במערכת השמש, אך ערכו משמש גם בחקר מערכות חוץ-שמשיות. במאה ה-17, לאסטרונומים היה רעיון רציונלי להשתמש במרחק המפריד בין השמש לכדור הארץ כיחידה מגדירה באסטרונומיה. מאז, מקובל שיחידה אסטרונומית אחת שווה ל-149.6 מיליון קילומטרים.
בתהליך גיבוש הרעיון של המערכת ההליוצנטרית של העולם, המרחקים המותנים במערכת השמש נודעו היטב בדיוק גבוה למדי. הגוף המרכזי של המערכת שלנו הואהשמש, ומכיוון שכדור הארץ מסתובב במסלול מעגלי סביבה, המרחק היחסי בין שני גרמי השמיים הללו כמעט ולא משתנה. לפיכך, היחידה האסטרונומית מתאימה לרדיוס מסלול הסיבוב של כדור הארץ ביחס לשמש. עם זאת, באותה תקופה עדיין לא הייתה דרך מהימנה למדוד באופן מהימן ערך זה ביחס לסולמות ארציים. במאה ה-17, רק המרחק לירח היה ידוע, ונתונים אלו לא הספיקו כדי לקבוע את המרחק לשמש, שכן היחס בין מסות כדור הארץ והשמש עדיין לא היה ידוע.
בשנת 1672 הצליח האסטרונום האיטלקי ג'ובאני קאסיני, בשיתוף האסטרונום הצרפתי ז'אן ריצ'ט, למדוד את הפרלקסה של מאדים. מסלולי כדור הארץ ומאדים נקבעו בדיוק רב, וזה איפשר למדענים לקבוע את המרחק מכדור הארץ לשמש. לפי החישובים שלהם, היחידה האסטרונומית התאימה ל-146 מיליון קילומטרים. במחקרים נוספים נעשו מדידות מדויקות יותר על ידי מדידת מסלול נוגה. ובשנת 1901, לאחר התקרבות האסטרואיד ארוס לכדור הארץ, נקבעה יחידת מדידה אסטרונומית מדויקת עוד יותר.
במאה הקודמת בוצעו הבהרות באמצעות מכ"ם. בשנת 1961, מיקומה של נוגה קבע ערך חדש ליחידה האסטרונומית, עם שגיאה של 2000 קילומטרים. לאחר המכ"ם החוזר ונשנה של נוגה, אי דיוק זה הצטמצם ל-1000 קילומטרים. כתוצאה משנים רבות של מדידות, מדענים גילו זאתהיחידה האסטרונומית גדלה בקצב של עד 15 סנטימטרים בשנה. גילוי זה מגדיל באופן משמעותי את הדיוק של מדידות מודרניות של מרחקים אסטרונומיים. אחת הסיבות לתופעה זו עשויה להיות אובדן מסת השמש כתוצאה מרוח השמש.
היום ידוע שהמרחק מהשמש לכוכב הלכת הרחוק ביותר של מערכת השמש שלנו - נפטון - הוא 30 יחידות אסטרונומיות, והמרחק מהשמש למאדים מתאים ל-1.5 יחידות אסטרונומיות.
