天文三角形（英語：Astronomical triangle），又称天文定位三角形，是指由观测者所在地平坐标处的子午圈，以及过某天体的时圈和垂直圈在天球上组成的球面三角形。^[1]该球面三角的顶点分别是天球的天极、天顶和该天体所在的位置。通过观测三角形的某些边的长度或角的大小，可以推出另外一些量的数值，这一过程体现了天文测量的基本原理。^[2]

天文定位三角形的三边具有一定的几何意义。假设该天体所在位置为${\displaystyle b}$，天顶为${\displaystyle Z}$，天极为${\displaystyle P}$，则三边与天文测量中的观测量分别具有如下关系：

• ${\displaystyle {\overset {\frown }{Zb))}$，该弧段在垂直圈上，其弧距与天顶距 ${\displaystyle z}$ 相等，也即与垂直角 ${\displaystyle h}$ 的余角相等
• ${\displaystyle {\overset {\frown }{Pb))}$，该弧段在时圈上，其弧距与赤纬 ${\displaystyle \delta }$ 的余角相等
• ${\displaystyle {\overset {\frown }{PZ))}$，该弧段在子午圈上，其弧距与观测者所在地的天文纬度 ${\displaystyle \varphi }$ 的余角相等

另可人为定义出如下观测量：

• ${\displaystyle t=\sphericalangle {ZPb))$，其值为子午圈和时圈的交角
• ${\displaystyle A=-\sphericalangle {PZb))$，其值为垂直圈和子午圈的交角的相反数
• ${\displaystyle q=\sphericalangle {PbZ))$，其值为垂直圈和时圈的交角，该角又被称为星位角（英語：parallactic angle）

天文定位三角形的各边、角可通过球面三角公式相互转换，其中常用的转换公式如：

• ${\displaystyle -\sin {z}\sin {A}=\cos {\delta }\sin {t))$
• ${\displaystyle \cos {z}=\sin {\varphi }\sin {\delta }+\cos {\varphi }\cos {\delta }\cos {t))$
• ${\displaystyle \sin {z}\cos {A}=\cos {\varphi }\sin {\delta }-\sin {\varphi }\cos {\delta }\cos {t))$