ทรงกลมท้องฟ้าเป็นโครงสร้างจินตภาพที่มักใช้ในดาราศาสตร์และการนำทางเพื่อช่วยกำหนดแนวความคิดเกี่ยวกับตำแหน่งสัมพัทธ์ของวัตถุท้องฟ้าซึ่งสัมพันธ์กับผู้สังเกตการณ์บนโลก มันสามารถจินตนาการได้ง่ายที่สุดว่าเป็นทรงกลมที่มีขนาดใหญ่กว่าโลกแม้ว่าจะไม่จำเป็นต้องมีขนาดที่เฉพาะเจาะจงซึ่งเป็นศูนย์กลางของโลก บนด้านในของทรงกลมนี้วัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ที่สังเกตได้จากโลกเช่นดาวเคราะห์และดวงดาวอื่น ๆ สามารถฉายได้ ดังนั้นทรงกลมสวรรค์จึงเป็นทรงกลมจินตภาพที่วัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ถูกวางไว้เพื่อหารือเกี่ยวกับการจัดวางตำแหน่งสัมพัทธ์กับผู้สังเกตการณ์บนโลกได้ง่ายกว่าตำแหน่งที่แท้จริงของพวกเขาในจักรวาล
ในขณะที่ทรงกลมท้องฟ้าอาจเคยถูกพิจารณาว่าเป็นวัตถุจริงบางครั้งมักใช้เพื่ออธิบายการจัดวางวัตถุในท้องฟ้าที่มองเห็นได้ตอนนี้ถือว่าเป็นสิ่งก่อสร้างมนุษย์อย่างแท้จริง การใช้งานในสาขาวิทยาศาสตร์เช่นดาราศาสตร์ยังคงมีอยู่เนื่องจากความเรียบง่ายแม้ว่ามันจะเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักเรียนของดาราศาสตร์ที่จะรับรู้ว่าไม่มีทรงกลมอย่างแท้จริง คำว่า "ทรงกลมฟ้าสวรรค์" สามารถใช้เพื่ออ้างถึงแบบจำลองทางกายภาพที่แสดงถึงการวางตำแหน่งสัมพัทธ์ของวัตถุท้องฟ้าในหรือนอกโลก
หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการมองเห็นลูกโลกทรงกลมสำหรับบุคคลในการมองเห็นโลกโดยรวม จากขั้วเหนือและขั้วโลกใต้เส้นสามารถขยายออกไปด้านนอกเพื่อสร้างเสาเหนือและใต้ใหม่ในภายในของทรงกลมขนาดใหญ่ เส้นศูนย์สูตรของโลกและเส้นศูนย์สูตรของโลกสามารถขยายได้เช่นกันเพื่อสร้างเส้นเมอริเดียนและเส้นศูนย์สูตรของท้องฟ้าซึ่งสร้างการแสดงแบบง่าย ๆ ว่าผู้สังเกตการณ์บนโลกมองวัตถุที่อยู่ไกลออกไป จากนั้นจึงสามารถวางวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ไว้บนทรงกลมท้องฟ้าในวิธีที่บ่งบอกตำแหน่งที่รับรู้จากโลก
การสร้างทรงกลมท้องฟ้าในจินตนาการทำให้การศึกษาและการสนทนาเกี่ยวกับวัตถุท้องฟ้าง่ายขึ้น นักเรียนดาราศาสตร์เข้าใจว่าตำแหน่งจริงของดาวและดาวเคราะห์ต่าง ๆ นั้นไม่เกี่ยวข้องกับวิธีการรับรู้ของโลก แต่ตำแหน่งดังกล่าวในอวกาศสามมิตินั้นยากที่จะเข้าใจและใช้งาน นอกจากนี้ยังสามารถสร้างทรงกลมสวรรค์แต่ละอันสำหรับผู้สังเกตการณ์โดยเฉพาะโดยสร้างจุดขั้วโลกเหนือเขาหรือเธอโดยตรงโดยมีเส้นลมปราณวิ่งจากเหนือและใต้จากจุดนี้ ทรงกลมส่วนบุคคลใช้เส้นศูนย์สูตรที่แสดงถึงตำแหน่งของผู้สังเกตการณ์บนพื้นผิวโลกและแม้ว่าจะสามารถสร้างทรงกลมเต็มได้ แต่ผู้สังเกตการณ์เพียงครึ่งเดียวเท่านั้นที่มองเห็นได้ในเวลาใดก็ตาม
