To je tudi ena najstarejših oblik armile. Izpopolnjena je imela drugi obroč, pritrjen v poldnevniško ravnino. Prva je bila ekvinokcijska, druga pa solsticijska armila. Za prikaz navidezne lege Sonca so služile sence v kombinaciji s kotnimi razdelbami. Armilarna sfera je nastala, ko so združili več obročev, ki so predstavljali nebesne velike kroge. 

Najstarejšo znano armilarno sfero je okoli leta 255 pr.n.št. izumil Eratosten. Tudi na Kitajskem so v času zahodne dinastije Han v 1. stoletju pr.n.št. izumili podobno pripravo, vrteči nebesni globus, ki ga je gnal s pomočjo hidravlike. Ime priprave izhaja iz latinske besede armilla, ki pomeni krog, zapestnica, saj je njeno ogrodje narejeno iz kovinskih obročev, ki povezujejo pola in predstavljajo ekliptiko, ekvator, poldnevnike in paralele. Kitajci so napravo imenovali hun ji ali nebesna krogla. V središču je krogla, ki predstavlja Zemljo, oziroma kasneje Sonce. Pred iznajdbo daljnogleda v 17. stoletju je bila armilarna sfera glavni astronomski inštrument za določevanje nebesnih koordinat in leg nebesnih teles.