天球坐標系是一種在天文學中用於描述天體位置的坐標系統，基於天球模型，將天體投影到想像的球面上以便測量和記錄它們的位置。
天球坐標系可以分為天球空間直角坐標系和天球球面坐標系兩種類型，其中，天球空間直角坐標系的原點位於地球質心，軸指向天球北極，軸指向春分點，軸垂直於軸和軸構成的平面，形成右手坐標系，而天球球面坐標系的原點也在地球質心，春分點軸與天軸所在平面為天球經度（赤經）測量基準，即基準子午面，赤道為天球緯度測量基準。
在天球坐標系中，位置通常表示為（r，α，δ），即球的半徑、天球經度和天球緯度。此外，天球坐標系也被稱為慣性坐標系或空固坐標系，在天球坐標系的定義中，天球是一個以地球質心為中心、任意長度為半徑的假想球體。
不同的天球坐標系如赤道坐標系、黃道坐標系等，根據觀測需要和套用場景的不同而設定。這些坐標系有助於準確表示和測量天體在天球上的位置，對於天文學研究和天文導航等領域具有重要意義。