Proyeksi tiga dimensi, atau 3D, yang sering disebut pemetaan proyeksi 3D, adalah pemindahan data tiga dimensi ke bidang dua dimensi. Ilmuwan, insinyur, dan desainer sering menggunakan sistem pemetaan jenis ini saat membuat model komputer atau pena dan kertas dari objek tiga dimensi. Objek dapat digambar dengan skala atau dengan perspektif, tetapi kedua kualitas tidak dapat dipertahankan utuh setelah menerjemahkan koordinat tiga dimensi menjadi dua dimensi. Meskipun proyeksi 3D biasanya mengacu pada pemodelan itu sendiri, proyeksi ini juga dapat merujuk pada proyeksi gambar yang tampak dalam tiga dimensi, seperti yang terlihat dalam film 3D.
Berdasarkan sifatnya, tindakan mentransfer informasi tiga dimensi ke bidang dua dimensi berarti ada sesuatu yang harus hilang. Ada dua cara utama untuk menggunakan proyeksi 3D, dan masing-masing memiliki kualitas positif dan negatifnya sendiri. Salah satu cara untuk memproyeksikan gambar tiga dimensi ke permukaan dua dimensi adalah dengan menggunakan perspektif. Perspektif membuat sebuah gambar terlihat oleh mata seolah-olah tiga dimensi, meskipun ukuran bagian-bagian objek itu, jika diukur, tidak akan benar secara proporsional. Cara lain untuk menggunakan dua dimensi untuk mewakili tiga adalah dengan menggunakan sistem yang disebut proyeksi ortografis. Dalam sistem ini, pengukurannya akurat tetapi objek tidak akan terlihat memiliki kedalaman.
Ada beberapa kegunaan untuk proyeksi 3D. Desain teknik dan penyusunan keduanya menggunakan sistem koordinat tiga dimensi dalam desain bangunan dan struktur. Grafik komputer juga menggunakan proyeksi 3D saat memodelkan objek atau lingkungan tiga dimensi dalam ruang dua dimensi layar komputer. Sains dan matematika juga dapat menggunakan jenis proyeksi ini ketika memodelkan atau membuat grafik berbagai fenomena alam dan persamaan.
Proyeksi 3D juga dapat merujuk pada proyeksi gambar dua dimensi ke layar sedemikian rupa sehingga tampak seperti ada dalam tiga dimensi bagi pemirsa. Teknologi untuk membuat gambar dua dimensi tampak memiliki kedalaman telah tersedia sejak tahun 1920-an, dan meskipun telah banyak perbaikan, prinsip dasarnya tetap sama. Alih-alih satu gambar, dua gambar yang sedikit tumpang tindih ditempatkan pada layar secara bersamaan. Ketika seseorang memakai kacamata khusus, baik filter warna atau filter terpolarisasi, setiap mata hanya dapat melihat salah satu dari gambar tersebut, dan otak menerjemahkan informasi yang diterima oleh setiap mata menjadi satu gambar tiga dimensi.