Η σφαιρική αστρονομία είναι η αρχαιότερη μορφή αστρονομίας, η μελέτη των άστρων και του σύμπαντος. Ασχολείται με εκείνα τα εξωγήινα σώματα που μπορούν να παρατηρηθούν από την επιφάνεια της Γης. Αυτά περιλαμβάνουν τους αστερισμούς και άλλα γνωστά φωτιστικά του νυχτερινού ουρανού, όπως το Βόρειο Αστέρι. Στη σφαιρική αστρονομία, ο νυχτερινός ουρανός θεωρείται ως μια φανταστική δομή που ονομάζεται ουράνια σφαίρα που περιβάλλει τη Γη. Όλα τα αστέρια, οι πλανήτες και οι αστερισμοί μπορούν να περιγραφούν από τις θέσεις τους στην ουράνια σφαίρα.
Για το μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης ιστορίας, το μόνο που ήταν γνωστό για τον κόσμο ήταν αυτό που μπορούσε να παρατηρηθεί στον ουρανό. Ακόμη και οι πρωτόγονοι πολιτισμοί συνειδητοποίησαν σύντομα ότι ορισμένα εξωγήινα σώματα παρέμειναν ακίνητα, ενώ άλλα, συμπεριλαμβανομένων του ήλιου και της σελήνης, άλλαζαν θέση ανάλογα με την εποχή του χρόνου. Η αστρονομία ήταν σημαντική για τη θρησκεία και τον πολιτισμό πολλών αρχαίων πολιτισμών. Κατασκευές όπως το Στόουνχεντζ και οι πυραμίδες της Αιγύπτου και της Κεντρικής Αμερικής τοποθετήθηκαν σε ευθυγράμμιση με αστρονομικά μοτίβα. Πολύ πριν την εφεύρεση της πυξίδας, οι ναυτικοί χρησιμοποιούσαν αστέρια για ναυσιπλοΐα.
Όλα αυτά ήταν πρώιμες εφαρμογές της σφαιρικής αστρονομίας. Οι αστρονόμοι στήριξαν τους υπολογισμούς τους στα περίπου 3,000 αστέρια και πλανητικά σώματα που είναι ορατά με γυμνό μάτι κάθε δεδομένη στιγμή της νύχτας. Καθώς η επιστήμη προχωρούσε αργά τον Μεσαίωνα, ορισμένοι αστρονόμοι εντόπισαν φεγγάρια και πλανήτες που δεν είχαν ανακαλυφθεί, παρατηρώντας διακυμάνσεις στις τροχιές των ορατών. Η τελειότητα του τηλεσκοπίου το 1600 επέτρεψε σε πολλά από αυτά τα σώματα να παρατηρηθούν για πρώτη φορά. Παρείχε επίσης ανακαλύψεις που ήταν συγκλονιστικές για την καθιερωμένη επιστήμη και τη θρησκεία, όπως η παρατήρηση του Γαλιλαίου ότι η Γη περιφέρεται γύρω από τον ήλιο και όχι το αντίστροφο.
Ακόμη και μετά την εμφάνιση του τηλεσκοπίου, όλες οι νέες μετρήσεις βασίστηκαν σε αυτές της σφαιρικής αστρονομίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι έπρεπε ακόμη να γίνουν παρατηρήσεις από την επιφάνεια της Γης. Μόλις τον 20ο αιώνα οι αστρονόμοι κατάλαβαν ότι όλα τα αστέρια και οι αστερισμοί κινούνται καθώς το σύμπαν διαστέλλεται. Αυτά που φαίνονται ακίνητα κινούνται απλώς πολύ αργά. Ενώ είχε βασιστεί σε αστρονομικές παρατηρήσεις, αυτή η νέα άποψη του σύμπαντος ανάγκασε την αστρονομία να αλλάξει ριζικά τον αστρικό της χάρτη.
Σήμερα, τα τηλεσκόπια που βρίσκονται σε τροχιά, οι διαστημικοί ανιχνευτές και τα ραδιοτηλεσκόπια παρέχουν μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα του σύμπαντος από ό,τι μπορεί να παρατηρηθεί από την επιφάνεια της Γης. Έχουν παρατηρηθεί αντικείμενα στο μακρινό άκρο του σύμπαντος, καθώς και εξωηλικοί πλανήτες και συστήματα που θα ήταν αδύνατο να φανούν μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης. Παρόλα αυτά, η σφαιρική αστρονομία είναι ζωντανή και καλά. Χρησιμοποιείται κάθε φορά που ένας αστρονόμος αναζητά τον νυχτερινό ουρανό με τηλεσκόπιο. Οι μετρήσεις που προκύπτουν βασίζονται στην ουράνια σφαίρα, όπως και για αιώνες.