В течение тысячелетий господствовало мнение, что небесная сфера существует в действительности и является границей, в рамках которой простирается Вселенная. Но в 1837-1839 гг., когда впервые были измерены годичные параллаксы некоторых звезд, было доказано, что звезды находятся на огромных расстояниях от нас, а небесная сфера в сущности является результатом оптического обмана, поскольку эти расстояния различны. Тем не менее понятие небесной сферы сохранилось в астрономии, так как им удобно пользоваться при определении положений небесных тел (по сферическим координатам).
На видимой небесной сфере фактически видны проекции звезд и небесных тел, т. е. те точки, в которых зрительные лучи пронзают сферу. Из-за того, что проекции двух каких-либо звезд расположены близко друг от друга на небесной сфере, нам кажется, что и звезды находятся близко друг от друга, тогда как в пространстве они могут быть разделены колоссальными расстояниями. Как звезды, так и другие небесные тела, находящиеся в пространстве на огромных расстояниях друг от друга и не имеющие ничего общего между собой, на небесной сфере могут казаться расположенными совсем рядом. В этом отношении исключением являются физические двойны звездые , кратные звезды, звездные скопления, звездные ассоциации и др. Отдельные звезды в этих формациях не только видимо близки, но и действительные расстояния между ними не столь велики (в астрономических масштабах).