Quando di notte si osserva il cielo, le stelle sembrano disposte su una volta sferica. Per questo, nell'antichità si pensò che le stelle fossero incastonate su una sfera cristallina con la Terra nel centro. Di conseguenza, si ritenne che il miglior modo per rappresentare le costellazioni consistesse nel produrre un modello della sfera delle stelle. Lo strumento che ne derivò è il "globo celeste".

Sulla superficie del globo sono tracciati i principali cerchi della sfera celeste. L'equatore è suddiviso in 360°. L'eclittica, che rappresenta il percorso annuo del Sole fra le costellazioni dello Zodiaco, è suddivisa anch'essa in 360°. Dai poli celesti si dipartono infine il coluro dei solstizi e il coluro degli equinozi.

I globi riportano tutte o parte delle 1025 stelle che Claudio Tolomeo catalogò nell'Almagesto. Le stelle sono circondate dal disegno delle costellazioni che le comprendono. Ruotando il globo si riconoscono il Sagittario, lo Scorpione, il Leone, Orione. Queste costellazioni non sono rappresentate nel modo in cui si osservano alzando gli occhi al cielo, ma specularmente; cioè come apparirebbero a chi osservasse la sfera cristallina dall'esterno.

Il globo è alloggiato in una montatura formata da un primo anello che rappresenta l'orizzonte dell'osservatore e da un secondo anello che rappresenta il meridiano del luogo. Il globo è imperniato nell'anello meridiano in corrispondenza dei poli celesti e può essere inclinato in modo che l'altezza del polo sull'orizzonte coincida con quella misurabile nel particolare luogo d'osservazione.

Il globo costituisce un agile strumento di calcolo. Se si vuol sapere a che ora sorge la stella Sirio ad Alessandria d'Egitto, si inclina il globo in base alla latitudine della città. Si annota poi la posizione del Sole sull'eclittica nel giorno scelto per il calcolo e si ruota il globo finché Sirio tocca il cerchio dell'orizzonte. L'angolo che sull'equatore celeste separa il Sole dal meridiano, rapportato alle 24 ore della rotazione apparente della sfera celeste rispetto alla Terra, dà esattamente l'ora in cui si vedrà sorgere la stella.