Dzień gwiazdowy to czas potrzebny na wykonanie przez Ziemię jednego obrotu wokół własnej osi względem „stałych” gwiazd. Przez stałe rozumiemy, że traktujemy gwiazdy tak, jakby były przymocowane do wyimaginowanej sfery niebieskiej w bardzo dużej odległości od Ziemi.
Pomiaru dnia gwiazdowego dokonuje się poprzez odnotowanie czasu, w którym określona gwiazda przechodzi przez południk niebieski (tj. bezpośrednio nad głową) w dwie kolejne noce. Na Ziemi, dzień gwiazdowy trwa 23 godziny 56 minut 4.091 sekund, co jest nieco krótsze niż dzień słoneczny mierzony od południa do południa.
Nasza zwykła definicja dnia ziemskiego to 24 godziny, więc dzień gwiazdowy jest o 4 minuty szybszy. Oznacza to, że dana gwiazda będzie wschodzić 4 minuty wcześniej każdej nocy i jest powodem, dla którego różne konstelacje są widoczne tylko w określonych porach roku.