Sebbene lo richiami nel nome, l'astrolabio nautico ha scarsa affinità con l'astrolabio piano; ne condivide, accanto alla forma complessiva, solo la madre dal lembo graduato, l'anello di sostegno e l'alidada. L'astrolabio nautico non era infatti usato nel calcolo astronomico, ma per misurare la distanza zenitale del Sole o di una stella – in particolare della Polare – nel momento del transito al meridiano. Conoscendo la declinazione (distanza dall'equatore celeste) dell'astro osservato in quel dato giorno, il navigatore era in grado di calcolare, per somma o sottrazione, la latitudine toccata dalla nave.

Per agevolare l'osservazione in condizioni atmosferiche avverse, la madre dell'astrolabio nautico, realizzata in bronzo, era spessa, pesante e ampiamente traforata. Il peso manteneva lo strumento perpendicolare al suolo nonostante il beccheggio e il rollio della nave; il traforo evitava invece che, in presenza di vento forte, lo strumento facesse vela e oscillasse nelle mani dell'osservatore impedendogli di puntare stabilmente l'astro prescelto.

Dapprima presente pressoché su tutti i grandi vascelli (specialmente spagnoli) dal XV al XVII secolo, l'astrolabio nautico cedette terreno a strumenti più maneggevoli e precisi: dapprima alla balestriglia (o cross-staff), poi all'ottante (o back-staff) e infine al moderno sestante nautico.