天文学上所讲的天球是研究天体的空间定向，而引进的一个假想圆球。它的引进最初是根据人们的直观感觉。当我们仰望天空时，天空好象一个巨大的球面笼罩在头顶上。而且不管你走到哪里，总觉得自己都位于球心。太阳、月亮、行星和无数的恒星都分布在这个球而上。
当然，世界上实际上并不是真正存在这样一个球面，只不过是天体离我们都很遥远，人的眼睛无法区剐它们的远近，只能根据它们的方向来定位。总觉得它们似乎都位于同一距离的球面上（比如我们看见北斗七星好象都在同一距离的平面上，其实它们每个之间的距离都相差很大），所有天体也同样被认为在同一距离上。我们所感到的这个以观测者为球心，以适当长为半径，内丧面上分布着各种各样天体的球面就称为天球。
由于天体一般离我们都很遥远，从同一天体上射来的光线可以看成是平行光线，也就是说天体可以看成位于无限远，天球的半径也就可以认为是无限大。再者，随着人们对宇宙层次认识的不断扩大，天球的范围也随之而无限扩大。所以天球的半径具有无穷大的性质。
地球的半径在许多情况下是可以忽略的，因此有时不以观测者为圆心作天球，而是以地心为圆心作天球，称之为地心天球。同理，在研究更大范围内的天体时，日地间的距离也可以忽略，而以太阳为圆心作天球，称为日心天球。
为了定量地表示和研究天体在天球上的视位置和视运动，就必须在天球上建立坐标系。恒星以他们在天球上的位置标明，而行星和其它天体则以恒星星空为背景来定位。
