全站儀采用了光電掃描測角系統，其類型主要有：編碼盤測角系統、光柵盤測角系統及動態（光柵盤）測角系統等三種。
按其外觀結構分類
全站儀按其外觀結構可分為兩類：
（1）積木型（Modular，又稱組合型）
早期的全站儀，大都是積木型結構，即電子速測儀、電子經緯儀、電子記錄器各是一個整體，可以分離使用，也可以通過電纜或接口把它們組合起來，形成完整的全站儀。
（2）整體型（Integral）
隨著電子測距儀進一步的輕巧化，現代的全站儀大都把測距，測角和記錄單元在光學、機械等方面設計成一個不可分割的整體，其中測距儀的發射軸、接收軸和望遠鏡的視準軸為同軸結構。這對保證較大垂直角條件下的距離測量精度非常有利。
按測量功能分類
全站儀按測量功能分類，可分成四類：
（1）經典型全站儀（Classical total station）
經典型全站儀也稱為常規全站儀，它具備全站儀電子測角、電子測距和數據自動記錄等基本功能，有的還可以運行廠家或用戶自主開發的機載測量程序。其經典代表為徠卡公司的TC系列全站儀。
（2）機動型全站儀（Motorized total station）
在經典全站儀的基礎上安裝軸系步進電機，可自動驅動全站儀照準部和望遠鏡的旋轉。在計算機的在線控制下，機動型系列全站儀可按計算機給定的方向值自動照準目標，并可實現自動正、倒鏡測量。徠卡TCM系列全站儀就是典型的機動型全站儀。
（3）無合作目標性全站儀（Reflectorless total station）
無合作目標型全站儀是指在無反射棱鏡的條件下，可對一般的目標直接測距的全站儀。因此，對不便安置反射棱鏡的目標進行測量，無合作目標型全站儀具有明顯優勢。如徠卡TCR系列全站儀，無合作目標距離測程可達1000m，可廣泛用于地籍測量，房產測量和施工測量等。
（4）智能型全站儀（Robotic total station）
在自動化全站儀的基礎上，儀器安裝自動目標識別與照準的新功能，因此在自動化的進程中，全站儀進一步克服了需要人工照準目標的重大缺陷，實現了全站儀的智能化。在相關軟件的控制下，智能型全站儀在無人干預的條件下可自動完成多個目標的識別、照準與測量。因此，智能型全站儀又稱為“測量機器人”，典型的代表有徠卡的TCA型全站儀等。
按測距儀測距分類
全站儀按測距儀測距分類，還可以分為三類：
（1）短距離測距全站儀
測程小于3KM，一般精度為±（5mm+5ppm），主要用于普通測量和城市測量。
（2）中測程全站儀
測程為3-15km，一般精度為±（5mm+2ppm），±（2mm+2ppm）通常用于一般等級的控制測量。
（3）長測程全站儀
測程大于15km，一般精度為±（5mm+1ppm），通常用于國家三角網及特級導線的測量
自動陀螺全站儀
由陀螺儀GTA1000與無合作目標全站儀RTS812R5組成的自動陀螺全站儀能夠在20分鐘內，最高以±5″的精度測出真北方向。
GTA1800R這款儀器實現了陀螺儀和全站儀的有機整合，GTA1000陀螺儀上架于RTS812R5系列全站儀。
GTA1800R在全站儀的操作軟件里實現和陀螺儀的通訊輕松完成待測邊的定向。
GTA1800R可以實現北方向的自動觀測，免去了人工觀測的勞動量和不確定性。