Et stjernebilde er en gruppe stjerner visuelt forbundet til hverandre i en spesiell samling. I tredimensjonalt rom har de fleste stjernene liten sammenheng med hverandre, men kan for oss se ut til å være gruppert sammen på natthimmelen til himmelhvelvingen. Mennesker er svært gode til å finne mønster, og har gjennom tidene gruppert stjerner som ser ut til å være nære hverandre i stjernebilder. Et «uoffisielt» stjernebilde er et som ikke er godkjent av Den internasjonale astronomiske unionen, de blir også kalt «asterismer». Karlsvognen er et eksempel på en asterisme.
Stjernene i et stjernebilde har sjelden astrofysiske forhold med hverandre, de ser bare ut til å være nær hverandre observert fra jorden. De vil typisk ligge mange lysår fra hverandre i rommet.
Inndelingen av stjerner i stjernebilder er i utgangspunktet tilfeldig, og forskjellige kulturer har forskjellige stjernebilder. Unntakene er noen som skiller seg ut, de gjentar seg ofte under forskjellige navn, for eksempel Orion og Skorpionen.
Den internasjonale astronomiske unionen (IAU) deler opp himmelen i 88 offisielle stjernebilde med nøyaktige grenser, slik at hele himmelen er dekket av ett og ett stjernebilde. På den nordlige himmelhalvkulen er disse i hovedsak basert på stjernebildene i gresk mytologi, nedarvet fra middelalderen. Blant dem er også tegnene i dyrekretsen.
De fleste stjernebilder i dag er basert på de som grekeren Ptolemaios skrev ned. I nyere tider har denne listen blitt utvidet, for å fylle mellomrommene mellom stjernebildene til Ptolemaios (grekerne mente at himmelen inkluderte stjernebildene og tomrommet mellom dem). Tolv av stjernebildene på den sørlige himmelhalvkulen kunne ikke sees av grekerne, og navnene vi benytter i dag ble skapt av de nederlandske navigatørene Pieter Dirkszoon Keyser og Frederick de Houtman. Johann Bayer var den første som katalogiserte disse.