กล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งดวงเป็นกล้องเฉพาะที่ใช้ในด้านอุตุนิยมวิทยา^{[ 1 ]}และดาราศาสตร์เพื่อถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งหมด การใช้งานอีกอย่างหนึ่งคือการถ่ายภาพครึ่งทรงกลมเพื่อศึกษาเรขาคณิตของเรือนยอดพืชและคำนวณรังสีแสงอาทิตย์ใกล้พื้นดิน

โดยทั่วไปแล้ว กล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งผืนจะใช้เลนส์ฟิชอายซึ่งถ่ายภาพแบบครึ่งทรงกลมที่มีความกว้างมาก เลนส์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในด้านอุตุนิยมวิทยาเป็นหลัก^{[ 2 ]}

อย่างไรก็ตาม เทคนิคทางเลือกอื่นๆ นั้นใช้การถ่ายภาพของซีกทรงกลมคล้ายกระจกซึ่งพบได้ทั่วไปมากกว่า^{[ 3 ]} หนึ่งในกล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งหมดตัวแรกที่มีการรายงานนั้นใช้ชุดภาพถ่ายที่มีเลนส์เอียงไปทางเส้นขอบฟ้าที่ระดับความสูง 45 องศา ด้วยเลนส์ที่ครอบคลุมมุมมอง 90 องศา กล้องดังกล่าวจะหมุนรอบแกนแนวตั้ง^{[ 4 ]}

ในการใช้งานด้านอุตุนิยมวิทยา กล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งดวงถูกใช้เพื่อศึกษาปริมาณเมฆ ระดับรังสี UV ในปัจจุบัน ปริมาณเมฆที่ปกคลุม การโพลาไรซ์ของท้องฟ้า การคำนวณความสูงของฐานเมฆ และความเร็วลมที่ระดับความสูงของเมฆ การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ การสร้างภาพถ่ายแบบไทม์แลปส์ของเมฆ กล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งดวงอาจติดตั้งอุปกรณ์ติดตามดวงอาทิตย์เพื่อบล็อกแสงแดดที่สว่างเกินไปสำหรับช่วงไดนามิกทั่วไปของภาพถ่าย การติดตามดวงอาทิตย์ช่วยให้สามารถประมาณปริมาณเมฆที่ปกคลุมได้อย่างน่าเชื่อถือ รวมถึงปริมาณเมฆในส่วนของท้องฟ้าที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ มีเทคนิคต่างๆ เช่นHDRซึ่งช่วยให้สามารถถ่ายภาพที่มีช่วงไดนามิกสูงได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ติดตามดวงอาทิตย์^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

กล้อง Whole sky หรือที่รู้จักกันในชื่อกล้อง all-sky ในวงการดาราศาสตร์ ใช้สำหรับการบันทึกและระบุตำแหน่งของดาวตก ลูกไฟ และการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของยานอวกาศ แม้ว่าจะคล้ายคลึงกับการใช้งานด้านอุตุนิยมวิทยาเป็นส่วนใหญ่ แต่ระบบสำหรับการใช้งานทางดาราศาสตร์มักจะมีกล้องกลางคืนที่มีความไวสูงกว่าและใช้เวลาในการเปิดรับแสงนานกว่ามากเนื่องจากลักษณะการใช้งานในเวลากลางคืนของกล้อง^{[ 8 ]}

กล้องถ่ายภาพท้องฟ้าทั้งระบบในรูปแบบสเตอริโอ^{[ 9 ]}สามารถใช้เพื่อหาความสูงของฐานเมฆและการเคลื่อนที่ของฐานเมฆได้ งานแรกเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้โฟโตแกรมเมตรี นี้ เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2449 ^{[ 10 ]}