Dangaus sfera yra įsivaizduojama struktūra, dažnai naudojama astronomijoje ir navigacijoje, kad padėtų konceptualizuoti santykinę dangaus kūnų padėtį stebėtojo Žemėje atžvilgiu. Jį lengviausia įsivaizduoti kaip sferą, kuri yra didesnė už Žemę, nors nereikia konkretaus dydžio, kuris yra koncentrinis pačiai Žemei. Į šios sferos vidų gali būti projektuojami įvairūs iš Žemės stebimi dangaus objektai, tokie kaip kitos planetos ir žvaigždės. Todėl dangaus sfera yra įsivaizduojama sfera, kurioje yra išdėstyti įvairūs dangaus objektai, kad būtų lengviau aptarti jų santykinę vietą stebėtojui Žemėje, o ne tikrąją jų vietą visatoje.
Nors dangaus sfera kažkada buvo laikoma tikru objektu, dažnai naudojama paaiškinti objektų išsidėstymą matomame danguje, dabar ji laikoma grynai žmogiška konstrukcija. Jo naudojimas mokslo srityse, pavyzdžiui, astronomijoje, išlieka dėl jo paprastumo, nors astronomijos studentams svarbu pripažinti, kad tokios sferos iš tikrųjų neegzistuoja. Sąvoka „dangaus sfera“ taip pat gali būti naudojama kalbant apie fizinį modelį, kuris parodo santykinį dangaus kūnų išsidėstymą Žemės rutulio viduje arba išorėje.
Vienas iš paprasčiausių būdų įsivaizduoti dangaus sferą yra žmogui įsivaizduoti Žemę kaip visumą. Iš šiaurės ir pietų ašigalių linijos gali būti pratęstos į išorę, kad būtų sukurti nauji šiaurės ir pietų ašigaliai didesnės sferos viduje. Žemės dienovidinį ir pusiaują taip pat galima išplėsti, kad būtų sukurtas dangaus dienovidinis ir pusiaujas, kuris sukuria paprastą vaizdą, kaip stebėtojas Žemėje žiūri į tolimus objektus. Tada ant dangaus sferos gali būti dedami įvairūs dangaus kūnai taip, kad būtų parodyta jų suvokiama padėtis iš Žemės.
Įsivaizduojamos dangaus sferos sukūrimas palengvina dangaus kūnų tyrinėjimą ir aptarimą. Astronomijos studentai supranta, kad tikroji įvairių žvaigždžių ir planetų padėtis niekaip nesusijusi su tuo, kaip jos suvokiamos iš Žemės, tačiau tokias padėtis trimatėje erdvėje dažnai sunku suprasti ir panaudoti. Atskira dangaus sfera taip pat gali būti sukurta konkrečiam stebėtojui, sukuriant ašigalį tiesiai virš jo ar jos, o dienovidinis eina į šiaurę ir pietus nuo šio taško. Asmeninėje sferoje naudojamas ekvatorius, vaizduojantis stebėtojo padėtį Žemės paviršiuje, ir nors galima sukurti visą sferą, stebėtojas bet kuriuo metu mato tik pusę sferos.