Gaia Data Release 2 (Gaia DR2) contains results for 1693 million sources in the magnitude range 3 to 21 based on observations collected by the European Space Agency Gaia satellite during the first 22 months of its operational phase. We describe the input data, models, and processing used for the astrometric content of Gaia DR2, and the validation of these results performed within the astrometry task. Some 320 billion centroid positions from the pre-processed astrometric CCD observations were used to estimate the five astrometric parameters (positions, parallaxes, and proper motions) for 1332 million sources, and approximate positions at the reference epoch J2015.5 for an additional 361 million mostly faint sources. Special validation solutions were used to characterise the random and systematic errors in parallax and proper motion. For the sources with five-parameter astrometric solutions, the median uncertainty in parallax and position at the reference epoch J2015.5 is about 0.04 mas for bright (G<14 mag) sources, 0.1 mas at G=17 mag, and 0.7 mas at G=20 mag. In the proper motion components the corresponding uncertainties are 0.05, 0.2, and 1.2 mas/yr, respectively. The optical reference frame defined by Gaia DR2 is aligned with ICRS and is non-rotating with respect to the quasars to within 0.15 mas/yr. From the quasars and validation solutions we estimate that systematics in the parallaxes depending on position, magnitude, and colour are generally below 0.1 mas, but the parallaxes are on the whole too small by about 0.03 mas. Significant spatial correlations of up to 0.04 mas in parallax and 0.07 mas/yr in proper motion are seen on small (<1 deg) and intermediate (20 deg) angular scales. Important statistics and information for the users of the Gaia DR2 astrometry are given in the appendices.

Gaia Early Data Release 3 (Gaia EDR3) contains results for 1.812 billion sources in the magnitude range G = 3 to 21 based on observations collected by the European Space Agency Gaia satellite during the first 34 months of its operational phase. We describe the input data, the models, and the processing used for the astrometric content of Gaia EDR3, as well as the validation of these results performed within the astrometry task. The processing broadly followed the same procedures as for Gaia DR2, but with significant improvements to the modelling of observations. For the first time in the Gaia data processing, colour-dependent calibrations of the line- and point-spread functions have been used for sources with well-determined colours from DR2. In the astrometric processing these sources obtained five-parameter solutions, whereas other sources were processed using a special calibration that allowed a pseudocolour to be estimated as the sixth astrometric parameter. Compared with DR2, the astrometric calibration models have been extended, and the spin-related distortion model includes a self-consistent determination of basic-angle variations, improving the global parallax zero point. Gaia EDR3 gives full astrometric data (positions at epoch J2016.0, parallaxes, and proper motions) for 1.468 billion sources (585 million with five-parameter solutions, 882 million with six parameters), and mean positions at J2016.0 for an additional 344 million. Solutions with five parameters are generally more accurate than six-parameter solutions, and are available for 93% of the sources brighter than G = 17 mag. The median uncertainty in parallax and annual proper motion is 0.02-0.03 mas at magnitude G = 9 to 14, and around 0.5 mas at G = 20. Extensive characterisation of the statistical properties of the solutions is provided, including the estimated angular power spectrum of parallax bias from the quasars.

Gaia Early Data Release 3 (Gaia EDR3) gives trigonometric parallaxes for nearly 1.5 billion sources. Inspection of the EDR3 data for sources identified as quasars reveals that their parallaxes are biased, that is systematically offset from the expected distribution around zero, by a few tens of microarcsec. We attempt to map the main dependencies of the parallax bias in EDR3. In principle this could provide a recipe for correcting the EDR3 parallaxes. For faint sources the quasars provide the most direct way to estimate parallax bias. In order to extend this to brighter sources and a broader range of colours, we use differential methods based on physical pairs (binaries) and sources in the Large Magellanic Cloud. The functional forms of the dependencies are explored by mapping the systematic differences between EDR3 and DR2 parallaxes. The parallax bias is found to depend in a non-trivial way on (at least) the magnitude, colour, and ecliptic latitude of the source. Different dependencies apply to the five- and six-parameter solutions in EDR3. While it is not possible to derive a definitive recipe for the parallax correction, we give tentative expressions to be used at the researcher's discretion and point out some possible paths towards future improvements.

Gaia Data Release 1 (Gaia DR1) contains astrometric results for more than 1 billion stars brighter than magnitude 20.7 based on observations collected by the Gaia satellite during the first 14 months of its operational phase. We give a brief overview of the astrometric content of the data release and of the model assumptions, data processing, and validation of the results. For stars in common with the Hipparcos and Tycho-2 catalogues, complete astrometric single-star solutions are obtained by incorporating positional information from the earlier catalogues. For other stars only their positions are obtained by neglecting their proper motions and parallaxes. The results are validated by an analysis of the residuals, through special validation runs, and by comparison with external data. Results. For about two million of the brighter stars (down to magnitude ~11.5) we obtain positions, parallaxes, and proper motions to Hipparcos-type precision or better. For these stars, systematic errors depending e.g. on position and colour are at a level of 0.3 milliarcsecond (mas). For the remaining stars we obtain positions at epoch J2015.0 accurate to ~10 mas. Positions and proper motions are given in a reference frame that is aligned with the International Celestial Reference Frame (ICRF) to better than 0.1 mas at epoch J2015.0, and non-rotating with respect to ICRF to within 0.03 mas/yr. The Hipparcos reference frame is found to rotate with respect to the Gaia DR1 frame at a rate of 0.24 mas/yr. Based on less than a quarter of the nominal mission length and on very provisional and incomplete calibrations, the quality and completeness of the astrometric data in Gaia DR1 are far from what is expected for the final mission products. The results nevertheless represent a huge improvement in the available fundamental stellar data and practical definition of the optical reference frame.

Context. The third Gaia data release is published in two stages. The early part, Gaia EDR3, gives very precise astrometric and photometric properties for nearly two billion sources together with seven million radial velocities from Gaia DR2. The full release, Gaia DR3, will add radial velocities, spectra, light curves, and astrophysical parameters for a large subset of the sources, as well as orbits for solar system objects. Aims. Before the publication of the catalogue, many different data items have undergone dedicated validation processes. The goal of this paper is to describe the validation results in terms of completeness, accuracy, and precision for the Gaia EDR3 data and to provide recommendations for the use of the catalogue data. Methods. The validation processes include a systematic analysis of the catalogue contents to detect anomalies, either individual errors or statistical properties, using statistical analysis and comparisons to the previous release as well as to external data and to models. Results. Gaia EDR3 represents a major step forward, compared to Gaia DR2, in terms of precision, accuracy, and completeness for both astrometry and photometry. We provide recommendations for dealing with issues related to the parallax zero point, negative parallaxes, photometry for faint sources, and the quality indicators.

Combining the precise parallaxes and optical photometry delivered by Gaia's second data release (Gaia DR2) with the photometric catalogues of PanSTARRS-1, 2MASS, and AllWISE, we derive Bayesian stellar parameters, distances, and extinctions for 265 million stars brighter than G=18. Because of the wide wavelength range used, our results substantially improve the accuracy and precision of previous extinction and effective temperature estimates. After cleaning our results for both unreliable input and output data, we retain 137 million stars, for which we achieve a median precision of 5% in distance, 0.20 mag in V-band extinction, and 245 K in effective temperature for G<14, degrading towards fainter magnitudes (12%, 0.20 mag, and 245 K at G=16; 16%, 0.23 mag, and 260 K at G=17, respectively). We find a very good agreement with the asteroseismic surface gravities and distances of 7000 stars in the Kepler, the K2-C3, and the K2-C6 fields, with stellar parameters from the APOGEE survey, as well as with distances to star clusters. Our results are available through the ADQL query interface of the Gaia mirror at the Leibniz-Institut f\"{u}r Astrophysik Potsdam (gaia.aip.de) and as binary tables at data.aip.de. As a first application, in this paper we provide distance- and extinction-corrected colour-magnitude diagrams, extinction maps as a function of distance, and extensive density maps, demonstrating the potential of our value-added dataset for mapping the three-dimensional structure of our Galaxy. In particular, we see a clear manifestation of the Galactic bar in the stellar density distributions, an observation that can almost be considered a direct imaging of the Galactic bar.