步天歌以三垣二十八宿為主體，共三十一區（從角宿至軫宿，然後為太微、紫微與天市垣），介紹每區包含星官（共283個）、描述恆星數目（共1645顆）與其位置。歌詞以七言壓韻詩歌形式編撰，全篇373句共2611字，簡潔通俗，朗朗上口，容易記誦，《通志‧天文略》中稱譽為「句中有圖，言下見象，或豐或約，無餘無失」（意即每句之中生動描述，彷彿讀後已有星點之形象，每句吟誦後仰天觀賞星象，星宿的星數有多有少，但歌中與實際看到的星數能一一對應，沒有多也沒有少），成為初學觀天認星的必誦口訣。
而步天歌中對當時流傳甚廣的「三家星」（即石氏、甘氏、巫咸氏星官）體系因顧及詩歌的簡明為前提，只選擇性以部份標注（石氏以黑點、甘氏以小黑圈、巫咸氏以黃點），也是一大特色。因此自宋朝以後為欽天監或占星家研究引述之範本。