Debess sfēra ir iedomāta struktūra, ko bieži izmanto astronomijā un navigācijā, lai palīdzētu konceptualizēt debess ķermeņu relatīvo stāvokli attiecībā pret novērotāju uz Zemes. To visvieglāk var iedomāties kā sfēru, kas ir lielāka par Zemi, lai gan nav nepieciešams īpašs izmērs, kas ir koncentrisks pašai Zemei. Šīs sfēras iekšpusē var projicēt dažādus debess objektus, kas ir novērojami no Zemes, piemēram, citas planētas un zvaigznes. Tāpēc debess sfēra ir iedomāta sfēra, uz kuras atrodas dažādi debess objekti, lai vieglāk apspriestu to relatīvo novietojumu novērotājam uz Zemes, nevis to patieso izvietojumu Visumā.
Lai gan daži kādreiz varēja uzskatīt, ka debess sfēra ir faktisks objekts, ko bieži izmantoja, lai izskaidrotu objektu izvietojumu redzamajās debesīs, tagad to uzskata par tīri cilvēka konstrukciju. Tā vienkāršības dēļ joprojām tiek izmantota zinātnes jomās, piemēram, astronomijā, lai gan astronomijas studentiem ir svarīgi atzīt, ka šāda sfēra patiešām nepastāv. Terminu “debess sfēra” var izmantot arī, lai apzīmētu fizisku modeli, kas attēlo debess ķermeņu relatīvo izvietojumu zemeslodes iekšpusē vai ārpusē.
Viens no vienkāršākajiem veidiem, kā iztēloties debess sfēru, ir cilvēkam vizualizēt Zemi kopumā. No ziemeļu un dienvidu pola līnijas var pagarināt uz āru, lai lielākas sfēras iekšpusē izveidotu jaunus ziemeļu un dienvidu polus. Zemes meridiānu un ekvatoru var arī pagarināt, lai izveidotu debess meridiānu un ekvatoru, kas rada vienkāršu priekšstatu par to, kā novērotājs uz Zemes skatās uz attāliem objektiem. Pēc tam uz debess sfēras var novietot dažādus debess ķermeņus tādā veidā, kas norāda uz to uztverto atrašanās vietu no Zemes.
Iedomātas debess sfēras izveide atvieglo debess ķermeņu izpēti un apspriešanu par tiem. Astronomijas studenti saprot, ka dažādu zvaigžņu un planētu faktiskās pozīcijas nekādi nav saistītas ar to, kā tās tiek uztvertas no Zemes, taču šādas pozīcijas trīsdimensiju telpā bieži vien ir grūti saprotamas un izmantojamas. Atsevišķu debess sfēru var izveidot arī konkrētam novērotājam, izveidojot pola punktu tieši virs viņa, ar meridiānu, kas no šī punkta virzās uz ziemeļiem un dienvidiem. Personiskā sfēra izmanto ekvatoru, kas attēlo novērotāja stāvokli uz Zemes virsmas, un, lai gan var izveidot pilnu sfēru, novērotājs jebkurā brīdī var redzēt tikai pusi no sfēras.