天王星与太阳的平均距离约为29亿千米，是地球到太阳距离的近20倍，是土星到太阳距离的2倍。这样一颗行星的偶然发现，便使人类对太阳系边疆的认识外推了2倍的空间范围，这是对哥白尼建立的日心说的重大发展。天王星绕太阳一周约84年，从发现到1996年，215年来，天王星绕太阳还没转满3圈。
在行星世界里，天王星有独一无二的特征，即它的赤道面与它绕太阳公转的轨道面倾角为97°55′。这就是说，天王星的自转轴几乎是倒在它的轨道面上，以躺着的姿势绕太阳运动，这是太阳家族中的又一大特例。以这样的姿势运动，使天王星上的四季和昼夜现象复杂化了。首先，天王星的南北两极基本上在它的轨道面上，赤道面与其轨道面基本垂直了。有人戏称天王星是一个“被颠倒的行星世界”。当它的南极朝向太阳的时候，南半球为夏季，南极点几乎受到太阳的直射，南半球见到的太阳距地平的高度随纬度的减低而降低。而且在天王星的自转过程中，太阳是不落山的。这就是说，当南半球是夏季时，又是日不落山的漫长的白天。相反，此时在北半球正是冬季，又是日不升起的漫长的黑夜。这里所说的“夏季”和“冬季”，仅仅是用来区别它受到阳光照射，还是背着阳光。天王星离太阳很远，表面的有效温度只有62开，即-211℃。所以，即使在受到阳光照射的“夏”季，也是十分寒冷的。天王星绕太阳运动的轨道半长径大约2.9×109千米，为土星轨道半长径的2倍左右。它的轨道面几乎同黄道面重合，二者之间的交角只有0.8°。它绕太阳公转的平均速度为6.81千米／秒，公转一周需84年，公转偏心率约为0.05。对天王星的两极来说，基本上是42年的白天和42年的黑夜，而在赤道附近，从1990～2025年，有正常的昼夜循环，每隔17小时多循环一次。在白天时，光照微弱。由于天王星比土星离太阳还远1倍多，所以从天王星看到的太阳只是一个角直径不到2角秒的亮斑，这个芝麻大的亮斑仍然光辉夺目，这确是一个非常奇妙的景象。从地球上看，天王星的视角直径很小，就是在大冲时也只有4″。这使得测定天王星的自转数值成了很困难的事，测定结果误差很大。用光谱分析方法测定天王星的自转周期是24小时±3小时。