Η ουράνια σφαίρα είναι μια φανταστική δομή που χρησιμοποιείται συχνά στην αστρονομία και τη ναυσιπλοΐα για να βοηθήσει στην εννοιολόγηση της σχετικής θέσης των ουράνιων σωμάτων σε σχέση με έναν παρατηρητή στη Γη. Μπορεί να φανταστεί κανείς πιο εύκολα ως μια σφαίρα που είναι μεγαλύτερη από τη Γη, αν και δεν χρειάζεται ιδιαίτερο μέγεθος, το οποίο είναι ομόκεντρο με την ίδια τη Γη. Στο εσωτερικό αυτής της σφαίρας, τα διάφορα ουράνια αντικείμενα που μπορούν να παρατηρηθούν από τη Γη, όπως άλλοι πλανήτες και αστέρια, μπορούν να προβληθούν. Η ουράνια σφαίρα είναι, επομένως, μια φανταστική σφαίρα στην οποία τοποθετούνται τα διάφορα ουράνια αντικείμενα για να συζητήσουν ευκολότερα τη σχετική τους τοποθέτηση σε έναν παρατηρητή στη Γη, παρά τις πραγματικές τους τοποθετήσεις στο σύμπαν.
Ενώ η ουράνια σφαίρα μπορεί κάποτε να θεωρούνταν από κάποιους ως πραγματικό αντικείμενο, που συχνά χρησιμοποιείται για να εξηγήσει την τοποθέτηση αντικειμένων στον ορατό ουρανό, τώρα θεωρείται καθαρά ανθρώπινη κατασκευή. Η χρήση του σε επιστημονικά πεδία, όπως η αστρονομία, παραμένει λόγω της απλότητάς του, αν και είναι σημαντικό για τους σπουδαστές της αστρονομίας να αναγνωρίσουν ότι δεν υπάρχει πραγματικά τέτοια σφαίρα. Ο όρος «ουράνια σφαίρα» μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αναφερθεί σε ένα φυσικό μοντέλο που αντιπροσωπεύει τη σχετική τοποθέτηση των ουράνιων σωμάτων στο εσωτερικό ή το εξωτερικό μιας σφαίρας.
Ένας από τους ευκολότερους τρόπους για να οραματιστεί κανείς την ουράνια σφαίρα είναι να οραματιστεί ένα άτομο τη Γη ως σύνολο. Από τον βόρειο και τον νότιο πόλο, οι γραμμές μπορούν να επεκταθούν προς τα έξω για να δημιουργήσουν νέους βόρειους και νότιους πόλους στο εσωτερικό μιας μεγαλύτερης σφαίρας. Ο μεσημβρινός και ο ισημερινός της Γης μπορούν επίσης να επεκταθούν, για να δημιουργήσουν έναν ουράνιο μεσημβρινό και ισημερινό, που δημιουργεί μια απλή αναπαράσταση του πώς ένας παρατηρητής στη Γη βλέπει τα μακρινά αντικείμενα. Στη συνέχεια, διάφορα ουράνια σώματα μπορούν να τοποθετηθούν στην ουράνια σφαίρα με τρόπο που να δείχνει την αντιληπτή θέση τους από τη Γη.
Η δημιουργία μιας φανταστικής ουράνιας σφαίρας διευκολύνει τη μελέτη και τη συζήτηση για τα ουράνια σώματα. Οι σπουδαστές της αστρονομίας κατανοούν ότι οι πραγματικές θέσεις των διάφορων αστεριών και πλανητών δεν σχετίζονται σε καμία περίπτωση με το πώς γίνονται αντιληπτές από τη Γη, αλλά τέτοιες θέσεις στον τρισδιάστατο χώρο είναι συχνά δύσκολο να κατανοηθούν και να χρησιμοποιηθούν. Μια μεμονωμένη ουράνια σφαίρα μπορεί επίσης να δημιουργηθεί για έναν συγκεκριμένο παρατηρητή, δημιουργώντας ένα πόλο ακριβώς πάνω από αυτόν ή αυτήν, με έναν μεσημβρινό να τρέχει βόρεια και νότια από αυτό το σημείο. Η προσωπική σφαίρα χρησιμοποιεί έναν ισημερινό που αντιπροσωπεύει τη θέση του παρατηρητή στην επιφάνεια της Γης, και παρόλο που μπορεί να δημιουργηθεί μια πλήρης σφαίρα, μόνο η μισή σφαίρα είναι ορατή από τον παρατηρητή ανά πάσα στιγμή.