金星同月球一样，也具有周期性的圆缺变化，但是由于金星距离地球太远，肉眼是无法看出来的。金星的相位变化，曾经被伽利略作为证明哥白尼的日心说的有力证据。
由于水星、金星是位于地球绕日公转轨道以内的“地内行星”。因此，当金星运行到太阳和地球之间时，可以看到在太阳表面有一个小黑点慢慢穿过，这种天象称之为“金星凌日”。天文学中，往往把相隔时间最短的两次“金星凌日”现象分为一组。这种现象的出现规律通常是8年、121.5年，8年、105.5年，以此循环。据天文学家测算，这一组金星凌日的时间为2004年6月8日和2012年6月6日。这主要是由于金星围绕太阳运转13圈后，正好与围绕太阳运转8圈的地球再次互相靠近，并处于地球与太阳之间，这段时间相当于地球上的8年。公元17世纪，着名的英国天文学家哈雷曾经提出，金星凌日时，在地球上两个不同地点同时测定金星穿越太阳表面所需的时间，由此算出太阳的视差，可以得出准确的日地距离。可惜，哈雷本人活了86岁，从未遇上过“金星凌日”。在哈雷提出他的观测方法后，曾出现过4次金星凌日，每一次都受到科学家的极大重视。他们不远千里，奔赴最佳观测地点，从而取得了一些重大发现。1761年5月26日金星凌日时，俄罗斯天文学家罗蒙诺索夫，就一举发现了金星大气。19世纪，天文学家通过金星凌日搜集到大量数据，成功地测量出日地距离1.496亿千米。
人们用10倍以上倍率的望远镜即可清楚地看到金星的圆形轮廓，40～100倍率左右的望远镜观测效果最佳。虽然观测这次“金星凌日”难度不算很大，但天文专家提醒，在观看时，千万不能直接用肉眼、普通的望远镜或是照相机观测，而要戴上合适的滤光镜，同时观测时间也不能过长，以免被强烈的阳光灼伤眼睛。金星入凌和出凌时，细心的观察者可能会发现所谓的“黑滴”现象。实际上，当对着亮光将两个手指逐渐靠近，当很接近的时候，可以发现尽管手指还没有接触，就能够看到上下手指之间有阴影把它们联系了起来，像是手指间有水滴一样，这就是所谓的“黑滴”现象。在凌始内切和凌终内切时，即太阳边缘和内行星边缘互相靠得很近即将接触时，会发现有非常细的丝将两个边缘连接，这就是凌日时的黑滴现象。成因是大气层的视宁度、光的衍射以及望远镜“极限分辨率”的等多种作用造成的视轮边缘的模糊。除此之外，在入凌和出凌阶段，有时候金星视面边缘会镶上一丝极细的“晕环”或“光环”。这个“晕环”是由于金星大气层顶部反射、散射阳光形成的。使用目镜投影方式可看到它，但如果将望远镜加滤光片，则会更清楚。“晕环”大小的变化，环亮度是否均匀，是否能在太阳圆轮的背景下看到，这些都是很有意思的。