태양·달· 행성· 항성 등 천체의 모습을 천구 위에 투영하여 그 위치나 겉보기 운동 등을 연구하는 학문. 구면 천문학은 천문학의 여러 분야 중에서 가장 오래 된 분야로, 특히 모든 천문 관측에 직결되어 있다.

천구 좌표에는 관측자가 지평선에 고정된 지평 좌표 와 천구에 고정되어 천구와 함께 회전하는 적도 좌표· 황도 좌표· 은하 좌표가 있다.

황도 좌표는 태양계 천체 의 위치나 운동을 나타내는데 사용하며, 은하 좌표는 은하계 의 연구에 쓰인다. 좌표들은 적도 좌표는 천구의 회전과 직결되는 대표적인 천구 좌표이다. 이 좌표들은 구면 천문학 의 기본이며, 이 때문에 오래 전부터 구면 삼각법이 발달 하게 된 것이다. 천체의 위치 관측은 지구의 표면에서 하는데, 지구 표면은 대기층의 바닥이며 자전과 공전에 의해 움직이고 있다. 그러므로 천체의 빛은 대기층에서 굴절되어 관측자에게 도달하지만, 빛이 오는 방향과 직각이 되는 방향으로 운동 하고 있는 관측자에게 광원의 방향이 달리 보이므로 관측자는 그 방향과도 어긋난 방향에서 천체를 보게 되며, 이렇게 해서 관측된 천체의 위치는 정위치가 아니다.이러한 점을 바로잡아 지구의 중심 또는 태양의 중심에서 본 위치를 정확히 하는 것이 구면 천문학의 사명이다.

구면 천문학 은 천체의 출몰 현상과 항성의 연주 시차, 행성의 시운동, 행성의 겉보기 지름과 실제 거리, 공간에서의 운동을 연구하는 부문이라든지 일식· 월식에 대한 정밀한 시각의 추산이나 측정, 천문 경위도의 결정에 대한 연구 등을 포함한다.