Zasada pomiaru luminancji, zgodnie z przekształconą zależnością definicyjną, opiera się na takiej konstrukcji miernika, która gwarantuje stałość kąta przestrzennego (widzianego przez odbiornik fotoelektryczny.

Pomiary luminancji wykonywane są za pomocą miernika luminancji, który dawniej nosił nazwę nitomierza, pochodzącą od dawnej nazwy jednostki luminancji nita (1 nt = 1 cd/m2).

Pomiary luminancji, podobnie jak inne pomiary w technice świetlnej, odbywają się przez porównanie ze wzorcem luminancji. Może to być zarówno wzorzec zewnętrzny jak i wewnętrzny wbudowany w układ optyczny luminancji. Do niedawna jako wzorca luminancji używano płytki z siarczanu baru, którą charakteryzuje prawie lambertowskie odbicie strumienia świetlnego. Płytka ta oświetlona wzorcową światłością z odpowiedniej odległości zyskuje luminancję wzorcową. Ostatnio w laboratoriach fotometry pojawiły się wzorce luminancji jako niezależne urządzenia. Wzorzec taki może być wykonany na podobieństwo lumenomierza, którego wewnętrzne pokrycie farbą o odbiciu lambertowskim oraz okienko wzorcowe o przepuszczaniu również lambertowskim gwarantują stałość luminancji wiązki przepuszczonej okienko. Niezależnie od tego, którego wzorca użyje się do pomiarów, metoda postępowania jest identyczna.

W nowszych rozwiązaniach miernika luminancji jej wzorzec jest wbudowany wewnątrz układu miernika. Przed rozpoczęciem pomiarów dokonuje się kalibracji urządzenia (wyskalowania wskazań prądu w wartościach luminancji na podstawie reakcji układu pomiarowego na pokazanie luminancji wzorcowej).

W nowoczesnych miernikach luminancji wykorzystuje się nieco inną zasadę pomiaru. Wstępny układ optyczny ogranicza do pewnego obszaru pole widzenia miernika i za pomocą obiektywu rzutuje to pole na przesłonę z otworkiem o kształcie i średnicy odpowiadających polu pomiarowemu. Przesłona ta może być wykonana w postaci lusterka odbijającego, a otworek mieć cechy połowiczego odbijania i przepuszczania. Obraz ograniczony przez otworek kierowany jest poprzez kolejny układ optyczny na filtr dostosowujący czułość miernika do czułości oka i dalej na światłoczułą powierzchnię odbiornika fotoelektrycznego, który mierzy luminancję zrzutowaną na odbiorniku. Jednocześnie wiązka odbita od lusterka z otworem odpowiadającym polu pomiarowemu, kierowana jest poprzez system kierujących luster i soczewek do okularu. W ten sposób osoba wykonująca pomiary i patrząca przez okular widzi w postaci ciemnej kropki lub prostokątne pole pomiarowe na tle rzeczywistej jasności jego otoczenia. Dzięki takiej konstrukcji można dość dokładnie kontrolować wycelowanie miernikaw odpowiedni punkt pomiarów.

Aby wyznaczyć rozkład luminancji na jakimś polu, trzeba jej pomiary powtarzać. Aby wyznaczyć luminancję średnią na polu o innym kształcie widzianym w rzucie niż kształt pola pomiarowego, trzeba wykonać serię pomiarów, a wynik uśrednić. Takie pomiary są uciążliwe i mało dokładne.

Wspomnianych wad całkowych pomiarów luminancji pozbawione są cyfrowe pomiary luminancji za pomocą urządzenia (zwykle podstawą jego konstrukcji jest aparat fotograficzny), w którym obraz mierzonej części przestrzeni rzutowany jest na matrycowy przetwornik obrazu (typu CCD). Przetwornik ten ma kształt płaskiego prostokąta o wymiarach boków rzędu kilkunastu milimetrów na powierzchni którego rozmieszczone są z bardzo dużą gęstością { 1600x1200) w rzędach i kolumnach światłoczułe piksele (komórki), które zamieniają lokalną luminancję rzutowanego obrazu na proporcjonalny do niej ładunek elektryczny. W ten sposób rzeczywisty rozkład luminancji obrazu zrzutowanego na powierzchni przetwornika zamieniany jest na rozkład ładunków w poszczególnych pikselach, a następnie - dzięki uporządkowanemu sczytaniu ładunku poszczególnych komórek — na postać cyfrową. Jeśli znana jest skala odpowiedniości między ładunkiem a luminancją (wzorzec), można matematyczny, cyfrowy zapis macierzy obrazu znów zamienić na rozkład luminancji i wyświetlić na ciekłokrystalicznym wyświetlaczu lub monitorze komputera albo też podać w postaci macierzy luminancji poszczególnych pikseli, albo zamienić na symboliczny, wyskalowany obraz rozkładu luminancji, w którym poszczególne barwy odpowiadają określonym wartościom luminancji.

Jak widać cyfrowy pomiar rozkładu luminancji jest bardzo wygodną i szybką metodą pomiaru. Można określić na jego podstawie luminancję lokalną, można też obliczyć luminancję średnią w określonym obszarze. Aby zrealizować to ostatnie zadanie, cyfrowy zapis rozkładu luminancji należy poddać prostej obróbce matematycznej, umożliwiającej obliczenie średniej luminancji ze zbioru punktowych wartości mieszczących się wewnątrz pewnego zamkniętego obszaru o znanych granicach. Dynamiczny rozwój układów przetworników obrazu i dobre rezultaty wykorzystania w miernictwie techniki świetlnej pozwalają oczekiwać coraz powszechniejszego ich stosowania, szczególnie w pomiarach rozkładu luminancji.