천구상에 투영된 각 천체의 위치 · 운동 · 크기 등을 연구하는 천문학의 한 분과. 실제의 천문학· 천체역학 등이 여기에 포함된다. 천구상에서 태양 · 달 · 행성 · 항성 등 천체의 겉보기 위치나 운동 · 크기 · 표면에 나타나는 모양을 조사하여 천체의 크기, 그곳까지의 거리 및 공간의 운동 등을 연구한다. 따라서 구면천문학에서는 천구상의 천체의 위치에 변화를 주는 대기차(大氣差) · 지심시차(地心視差) · 광행차(光行差) · 연주시차(年周視差) · 세차(歲差) · 장동(章動) · 고유운동 등의 원인을 음미하여 그 영향을 연구한다. 그 외에 일식과 윌식 문제를 연구하는 일월식론, 천체의 위치를 계산하여 천체력을 만드는 역계산법 등도 포함된다.