Η γωνία ζενίθ είναι η γωνία μεταξύ ενός σημείου ενδιαφέροντος και του ζενίθ — το σημείο που βρίσκεται ακριβώς πάνω. Σε ένα τρισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων, το ζενίθ είναι ο άξονας που είναι κάθετος στο οριζόντιο επίπεδο. Η γωνία ζενίθ μετράται από ένα τοπικό ζενίθ, που σημαίνει ότι αλλάζει με βάση τη θέση του ατόμου ή της συσκευής που κάνει τη μέτρηση. Η γωνία ηλιακού ζενίθ, η γωνία μεταξύ του ζενίθ και του ήλιου, είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό του αν ο ήλιος ανατέλλει ή δύει και για την πρόβλεψη των ηλιακών επιπτώσεων στις ραδιοεπικοινωνίες.
Μαθηματικά, το ζενίθ αντιστοιχεί στον άξονα z σε ένα σύνολο σφαιρικών συντεταγμένων. Αυτός ο τύπος τρισδιάστατου συστήματος συντεταγμένων περιγράφει θέσεις σε μια σφαίρα. Οι άξονες x και y, που είναι οριζόντια κάθετοι μεταξύ τους, σχηματίζουν ένα επίπεδο επίπεδο. Ο τρίτος άξονας, ή ο άξονας z, είναι κατακόρυφα κάθετος σε αυτό το επίπεδο επίπεδο στην τρίτη διάσταση. Εάν η Γη σχεδιαζόταν σε σφαιρικές συντεταγμένες με το κέντρο της Γης ως σημείο προέλευσης, ο άξονας z θα διέτρεχε το κέντρο της Γης από τον βορρά προς τον νότιο πόλο.
Όταν μετράται η γωνία ζενίθ, το σημείο προέλευσης ορίζεται με βάση τη θέση στην οποία πραγματοποιείται η μέτρηση. Για παράδειγμα, ένα άτομο που στέκεται στο έδαφος δημιουργεί έναν κατακόρυφο άξονα που εκτείνεται από το κέντρο της Γης μέσω του κεφαλιού του προς τα πάνω στον ουρανό. Αυτή η γραμμή είναι το τοπικό ζενίθ. Αν αυτό το άτομο παρατηρούσε τον ήλιο και μετρούσε τη γωνία μεταξύ της θέσης του στον ουρανό και του τοπικού ζενίθ, θα είχε βρει τη γωνία του ηλιακού ζενίθ.
Αυτή η μέτρηση μπορεί να είναι χρήσιμη για τον προσδιορισμό της θέσης, καθώς μπορεί να μετρηθεί από οποιοδήποτε ουράνιο αντικείμενο. Οι δορυφόροι και τα αστέρια, καθώς και ο ήλιος, μπορούν να εντοπιστούν με τη γωνία του ζενίθ. Η γωνία μεταξύ του τοπικού ζενίθ και ενός σημείου όπως ένας δορυφόρος είναι μερικές φορές γνωστή ως γωνία ζενίθ θέασης.
Όσο μικρότερη είναι η γωνία του ηλιακού ζενίθ, τόσο υψηλότερος είναι ο ήλιος στον ουρανό. Καθώς ο ήλιος ανατέλλει, η γωνία μειώνεται σταδιακά μέχρι το μεσημέρι. Η θέση του ήλιου μπορεί να είναι σημαντική στην πλοήγηση καθώς και στις ραδιοεπικοινωνίες, όπου χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη του επιπέδου παρεμβολής από ηλιακές εκλάμψεις. Όταν η γωνία είναι χαμηλή και ο ήλιος είναι ψηλά στον ουρανό, είναι πιο πιθανό τα ραδιοφωνικά σήματα να εξασθενήσουν ή να χαθούν λόγω της δραστηριότητας των ηλιακών εκλάμψεων.