Det finns ett stort antal specifika typer av tredimensionell (3D) datorgrafik som används i ett lika stort antal applikationer. Den mest grundläggande typen av 3D-grafik används för att rendera enstaka scener eller bilder, ibland för reklam eller andra medier och ibland enbart för konstnärliga ändamål. Mer rigoröst strukturerad 3D-grafik används ofta i matematiska och vetenskapliga visualiseringar där grafiken är resultatet av ekvationer eller sammanställd data i motsats till objekt som modellerats av designers. Avancerad 3D-programvara kan användas för att skapa animationer för filmer, tv eller andra medier. Andra typer av 3D-grafik inkluderar spelgrafik som ofta är polygonbegränsad simuleringsgrafik som är resultatet av komplexa algoritmer utformade för att emulera verklig fysik eller volymrenderad medicinsk och ingenjörsgrafik som används för att virtuellt utforska det inre av ett tredimensionellt objekt som människokroppen.
Att använda 3D-grafik för att återge en stillbild görs inom många områden av olika anledningar. Bortsett från konstnärliga motiv återger viss inredningsdesign eller arkitektonisk programvara stillbilder i syfte att realistiska visualiseringar. Marknadsföringsföretag använder ofta 3D-design i kampanjer, eftersom objekten som renderas är dynamiska och kan återanvändas konsekvent inom 3D-mjukvara utan behov av upprepade fotograferingar. Webbdesigners renderar ibland också element i 3D för ett mer dramatiskt eller realistiskt utseende.
Det finns flera användningsområden för 3D-grafik som inte skapar objekt eller scener som är igenkännbara. I applikationer för matematik och vetenskaplig visualisering är grafiken som renderas ofta i 3D av nödvändighet, eftersom datamängderna är flerdimensionella och inte enkelt kan analyseras i en tvådimensionell (2D) graf. Meteorologiska och topografiska data kan också falla inom denna kategori, även om det inte är ovanligt att kartlägga en del av denna information på simulerade bilder av jorden eller att återge extruderad terräng från data för att skapa en realistisk bild.
En av de största professionella användningsområdena för 3D-grafik är animering. Tredimensionella animationer kan användas för filmer, tv, webbmedia och utbildning. Vissa högkvalitativa 3D-animationer kräver så intensiv hårdvara och tid att det finns företag som kallas renderfarmar som inte gör något annat än att rendera 3D-bilder för animatörer från andra företag så att de senare kan sys ihop till en fullfjädrad animation.
Videospel använder 3D-grafik på ett sätt som liknar 3D-animation men som faktiskt är väldigt annorlunda. Spel som använder grafik i 3D måste i allmänhet använda modeller som tar upp så lite minne som möjligt och som renderas till en skärm så snabbt som möjligt för att uppnå en jämn bildhastighet, vilket är raka motsatsen till hur de flesta 3D-medieanimationer skapas. Vissa spel använder dock 3D-animationer av hög kvalitet som är förrenderade och spelas upp som videoklipp. Videospel och virtuell verklighet i 3D-grafik kan överlappa varandra, mest för att en virtuell 3D-miljö i vissa fall kan anses vara detsamma som ett videospel men utan någon beskrivande spellogik som tillämpas på tittarens handlingar.
En av de största användningsområdena för 3D-grafik är inom medicinsk bildbehandling. Grafiken används för att implementera volymrendering, där tekniker som magnetisk resonanstomografi (MRI) används för att ta mycket tunna 2D-bilder av kroppen längs en given axel. Alla dessa 2D-bilder kombineras sedan och skapar en 3D-modell av en riktig människokropp som kan manipuleras och utforskas helt i en dator.