Der Sternhimmel besteht in mehrfacher Hinsicht aus zwei Hälften oder Hemisphären:

* Sichtbarer Himmel und Himmelshälfte unter dem Horizont
* Nordsternhimmel und Südsternhimmel, geteilt entlang dem Äquator (der Süden enthält das Zentrum der Milchstraße und zeigt daher etwas mehr Sterne)
* Sternhimmel nördlich und südlich der Ekliptik (scheinbare Jahresbahn der Sonne unter den Fixsternen)

Universum – C. Flammarion, Holzschnitt, Paris 1888, Kolorit: Heikenwaelder Hugo, Wien 1998

Für Astrometrie und Sphärische Astronomie ist der Sternhimmel die Basis zur Definition von Bezugssystemen für die sternfesten Koordinaten, siderische Perioden und für die Orts- bzw. Weltzeit (UT). Siehe hierzu auch Zeitsysteme.

Der Geodäsie und Navigation gibt er die Möglichkeit, absolute Richtungen zu messen, Ortungen durchzuführen und die Gestalt der Erde zu bestimmen.
Für die Physik bietet der Sternhimmel mittels weit entfernter Sterne und Galaxien die wichtigste Möglichkeit, ein Inertialsystem zu definieren.

Die Bezugssysteme für Zeit, Koordinaten und physikalische Messungen werden letztlich aus dem Sternhimmel abgeleitet. Ihre bestimmenden Parameter und jene der Erde werden international einheitlich definiert – wobei die Dachverbände der Astronomen (IAU), der Physik, der Geophysik (IUGG) und der Geodäten (IAG, FIG) eng kooperieren.