Het hemelgewelf is het deel van de atmosfeer of van de ruimte dat zichtbaar is vanaf het aardoppervlak.
Menselijke waarneming
De hemel wordt overdag ervaren als een gewelf, een afgeplatte koepel; het einde ervan lijkt bij de horizon namelijk veel verder verwijderd dan in het zenith, het hoogste punt. De verklaringen hiervoor zijn van psychologische aard.De hemel ziet er overdag (licht)blauw uit. Dat komt doordat het zonlicht in de luchtlagen van de atmosfeer verstrooid wordt. 's Nachts zijn ook de zwakke schijnsels waar te nemen. Het meest uitgesproken is verstrooid maanlicht, maar er wordt door chemische reacties en door kosmische straling in de bovenste lagen van de atmosfeer ook een zeer zwak schijnsel geproduceerd, dat 's nachts zichtbaar wordt en het waarnemen met aardse telescopen bemoeilijkt.
Hemellichamen
Overdag kan de zon in de hemel gezien worden, tenzij het bewolkt is. 's Nachts (en tot op bepaalde hoogte ook overdag) zijn de maan, satellieten, de planeten, een gedeelte van de sterren en nevels en gaswolken zichtbaar, afhankelijk van de tijd en op welk halfrond de waarnemer zich bevindt. Alle met het blote oog zichtbare sterren bevinden zich in de Melkweg. De verder verwijderde sterren in de Melkweg produceren voor het menselijk oog een schijnsel, dat als een onregelmatige band schuin over de hemel loopt.
