Hệ tọa độ thiên hà (hay hệ tọa độ Ngân Hà) là một hệ tọa độ thiên văn mặt cầu. Hệ tọa độ này hữu ích trong nghiên cứu dải Ngân Hà. Mặt phẳng tham chiếu (hay mặt phẳng cơ bản) của hệ tọa độ thiên hà song song với một xấp xỉ mặt phẳng của Ngân Hà nhưng lệch về phía bắc. Điểm gốc tọa độ không đặt tại trung tâm Ngân Hà mà đặt tại Mặt Trời, bởi tới nay tất cả quan sát thiên văn đều được thực hiện bên trong hệ Mặt Trời. Tọa độ thiên hà có quy ước thuận tay phải, có nghĩa là chiều dương của tọa độ là chiều từ bắc tới đông trên mặt phẳng tham chiếu. Các tọa độ của hệ tọa độ thiên hà gồm: Giao tuyến của mặt phẳng Ngân Hà với thiên cầu được gọi là xích đạo thiên hà. Năm 1958, các tọa độ thiên hà (tới nay vẫn được sử dụng) được IAU định nghĩa dựa theo quan trắc vô tuyến qua các vạch hydro thiên hà và các giá trị (trong kỷ nguyên Bessel) được xác định như sau: Sau khi tọa độ thiên hà được định nghĩa như trên, người ta phát hiện ra rằng "kinh tuyến gốc" (kinh độ 0°) của tọa độ thiên hà lệch so với trung tâm thiên hà thực sự tại nguồn sóng vô tuyến Sagittarius A* khoảng 0.07°. Hệ tọa độ thiên hà đầu tiên được sử dụng bởi William Herschel năm 1785. Một số các hệ tọa độ khác nhau, mỗi hệ khác biệt một vài độ đã được sử dụng cho tới năm 1932 khi Đài thiên văn Lund thiết lập một tập hợp các bảng tính toán chuyển đổi định nghĩa một hệ tọa độ thiên hà tiêu chuẩn dựa trên một giá trị cực thiên hà bắc tại RA , dec +28° (theo quy ước của kỷ nguyên B1900.0) và kinh độ 0° tại giao điểm mặt phẳng thiên hà với mặt phẳng xích đạo. Liên đoàn Thiên văn Quốc tế (IAU) năm 1958 định nghĩa tọa độ thiên hà tham chiếu theo các quan trắc vô tuyến về hydro trung hòa trong Ngân Hà qua phổ vạch hydro, thay đổi định nghĩa của kinh độ thiên hà 32° và vĩ độ 1.5° so với ban đầu. Trong hệ tọa độ xích đạo, đối với điểm phân và xích đạo của 1950.0, cực thiên hà bắc được định nghĩa tại xích kinh , xích vĩ +27.4°, thuộc chòm sao Coma Berenices, với sai số khả dĩ ±0.1°. Kinh độ 0° là nửa đường tròn lớn xuất phát từ điểm này dọc theo đường với góc vị trí 123° so với cực xích đạo. Kinh độ thiên hà tăng theo cùng chiều của xích kinh. Vĩ độ thiên hà có chiều dương tọa độ tới cực thiên hà bắc, mặt phẳng đi qua Mặt Trời và song song với xích đạo thiên hà có vĩ độ 0°, còn các cực thiên hà có vĩ độ ±90°. Dựa trên định nghĩa này, các cực và xích đạo thiên hà có thể được tìm ra từ lượng giác cầu và có thể được điều chỉnh tuế sai cho các kỷ nguyên khác; xem bảng dưới. IAU khuyến nghị rằng trong giai đoạn chuyển giao từ hệ trước 1958 tới hệ mới, kinh độ và vĩ độ cũ nên được ký hiệu là và , trong khi kinh độ và vĩ độ mới nên được ký hiệu là và . Quy ước này đôi khi được thấy sử dụng. Nguồn phát sóng vô tuyến Sagittarius A*, dấu hiệu vật lý tốt nhất của trung tâm thiên hà thực sự, được phát hiện nằm tại tọa độ xích đạo , (J2000). Làm tròn tới số chữ số thập phân như trong bảng, , −29.01° (J2000), có độ lệch khoảng 0.07° so với giá trị trung tâm đã được định nghĩa, và nằm đúng trong khoảng ước tính sai số ±0.1° năm 1958. Do vị trí của Mặt Trời hiện tại nằm ở khoảng cách 56.75 ± 6.20 ly phía bắc mặt phẳng, và định nghĩa hệ quy chiếu nhật tâm được thiết lập bởi IAU, tọa độ thiên hà của Sgr A* là vĩ độ nam, kinh độ . Bởi theo định nghĩa hệ tọa độ thiên hà không quay theo thời gian, Sgr A* thực ra có kinh độ giảm với cùng tốc độ quay của Mặt Trời quanh Ngân Hà, , xấp xỉ 5.7 mili giây cung trong một năm (xem hằng số Oort). Một thiên thể có tọa độ được biểu diễn trong hệ tọa độ xích đạo có thể được chuyển đổi sang hệ tọa độ thiên hà. Trong các phương trình sau đây, là xích kinh, là xích vĩ. NGP chỉ giá trị tọa độ của cực thiên hà bắc và NCP chỉ các tọa độ của thiên cực bắc. formula_9 Chuyển đổi ngược (thiên hà về xích đạo) có thể được thực hiện với các công thức chuyển đổi sau. Trong một số thăm dò thiên văn, hệ tọa độ trục vuông góc dựa trên hệ kinh độ, vĩ độ, và khoảng cách thiên hà có thể được sử dụng. Trong một vài nghiên cứu về tương lai hoặc quá khứ xa của vũ trụ, hệ tọa độ thiên hà được coi là đang chuyển động quay sao cho trục luôn hướng về trung tâm của thiên hà. Có hai biến thể tọa độ trục vuông góc chính của hệ tọa độ thiên hà, thường được sử dụng trong tính toán vận tốc vũ trụ của các thiên thể thiên hà. Trong các hệ này các trục được ký hiệu là , nhưng cách định nghĩa tùy theo tác giả. Trong một hệ trục vuông góc, trục được hướng tới trung tâm thiên hà ( = 0°), và nó là một hệ thuận tay phải (chiều dương tọa độ hướng tới phía đông và tới cực thiên hà bắc); trong một hệ khác, trục được chỉ tới điểm đối trung tâm thiên hà ( = 180°), và là hệ thuận tay trái (chiều dương tọa độ cũng hướng tới phía đông và tới cực thiên hà bắc).