天球(英语:Celestial sphere),是在天文学和导航上想出的一个与地球同圆心,并有相同的自转轴,半径无限大的球。天空中所有的物体都可以当成投影在天球上的物件。地球的赤道和地理极点投射到天球上,就是天球赤道和天极。天球是位置天文学上很实用的工具。
在亚里斯多德和托勒密的模型,天球想像成实际的物体,而不仅仅是一个几何的投影(参见天球模型)。