Hvězdný den je doba, za kterou Země dokončí jednu otáčku kolem své osy vzhledem k „pevným“ hvězdám. Pod pojmem pevný rozumíme, že s hvězdami zacházíme, jako by byly připevněny k pomyslné nebeské sféře ve velmi velké vzdálenosti od Země.
Měření hvězdného dne se provádí tak, že se zaznamená čas, kdy určitá hvězda projde nebeským poledníkem (tj. přímo nad hlavou) ve dvou po sobě následujících nocích. Na Zemi trvá hvězdný den 23 hodin 56 minut 4,091 sekundy, což je o něco méně než sluneční den měřený od poledne do poledne.
Naše obvyklá definice pozemského dne je 24 hodin, takže hvězdný den je o 4 minuty rychlejší. To znamená, že určitá hvězda vyjde každou noc o 4 minuty dříve, a je důvodem, proč jsou různá souhvězdí viditelná pouze v určitých ročních obdobích.