ท้องฟ้าจำลอง (อังกฤษ: planetarium) คือห้องแสดงมหรสพที่สร้างขึ้นสำหรับนำเสนอภาพท้องฟ้ายามค่ำคืน เพื่อความบันเทิง เพื่อการศึกษาทางดาราศาสตร์ หรือเพื่อการฝึกอบรมในการดูดาว โครงสร้างส่วนใหญ่ของท้องฟ้าจำลองโดยมากจะเป็นห้องรูปโดมขนาดใหญ่ ซึ่งติดตั้งเครื่องฉายดาวเพื่อแสดงดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และวัตถุท้องฟ้าต่างๆ ให้ปรากฏบนหลังคาโดม สามารถแสดง "การเคลื่อนที่ของดวงดาวบนท้องฟ้าหรือในจักรวาล" อันซับซ้อนได้อย่างสมจริง ภาพของท้องฟ้าสามารถสร้างขึ้นได้จากเทคโนโลยีต่างๆ กัน