Nebeská sféra je imaginární koule, která obklopuje Zemi. Astronomové promítají hvězdy, planety a galaxie na její vnitřní povrch, aby popsali jejich polohy. Je to praktická fikce. Hvězdy ve skutečnosti nejsou fixovány na kouli. Jsou v naprosto odlišných vzdálenostech. Pro mapování oblohy však model funguje.

Koule má souřadnice. Deklinace je nebeský ekvivalent zeměpisné šířky, měřené ve stupních severně nebo jižně od nebeského rovníku. Rektascenze je ekvivalent zeměpisné délky, měřené v hodinách, minutách a sekundách východně od jarní rovnodennosti. Společně dávají každému objektu jedinečnou adresu na obloze.

Koule má také referenční body. Nebeské póly jsou přímo nad póly Země. Nebeský rovník je průmětem zemského rovníku. Ekliptika je dráha, kterou Slunce zdánlivě sleduje za rok a která je zároveň rovinou oběžné dráhy Země. Souhvězdí zvěrokruhu leží podél ekliptiky.

Nebeská sféra je mapa, nikoli fyzický objekt. Je to nástroj, který slouží astronomům po tisíciletí a stále uspořádává způsob, jakým popisujeme oblohu.