การฉายภาพสามมิติหรือ 3D ซึ่งมักเรียกว่าการทำแผนที่การฉายภาพสามมิติเป็นการถ่ายโอนข้อมูลสามมิติไปยังระนาบสองมิติ นักวิทยาศาสตร์วิศวกรและนักออกแบบมักจะใช้ประโยชน์จากระบบการทำแผนที่ประเภทนี้เมื่อทำคอมพิวเตอร์หรือปากกาและกระดาษโมเดลวัตถุสามมิติ วัตถุอาจถูกดึงให้มีขนาดหรือมุมมอง แต่คุณภาพทั้งสองไม่สามารถคงสภาพเดิมไว้ได้หลังจากแปลพิกัดสามมิติเป็นสองมิติ แม้ว่าการฉายภาพ 3 มิติมักจะหมายถึงการสร้างแบบจำลองเอง แต่ก็สามารถอ้างถึงการฉายภาพที่ปรากฏเป็นสามมิติเช่นที่เห็นในภาพยนตร์ 3 มิติ
โดยธรรมชาติแล้วการถ่ายโอนข้อมูลสามมิติไปยังระนาบสองมิติหมายความว่าบางสิ่งต้องหายไป มีวิธีหลักสองวิธีในการใช้การฉายภาพสามมิติและแต่ละวิธีมีคุณสมบัติบวกและลบของตัวเอง วิธีหนึ่งในการฉายภาพสามมิติลงบนพื้นผิวสองมิติคือการใช้มุมมอง มุมมองทำให้ภาพดูราวกับว่ามันเป็นสามมิติแม้ว่าขนาดของชิ้นส่วนของวัตถุนั้นถ้าวัดแล้วจะไม่ถูกต้องตามสัดส่วน อีกวิธีหนึ่งในการใช้สองมิติเพื่อเป็นตัวแทนของสามคือใช้ระบบที่เรียกว่า orthographic projection ในระบบนี้การวัดมีความแม่นยำ แต่วัตถุจะดูไม่เหมือนมีความลึก
มีจำนวนการใช้งานสำหรับการฉายภาพ 3 มิติ การออกแบบทางวิศวกรรมและการร่างทั้งสองใช้ประโยชน์จากระบบพิกัดสามมิติในการออกแบบอาคารและโครงสร้าง คอมพิวเตอร์กราฟิกส์ยังใช้การฉายภาพสามมิติเมื่อสร้างแบบจำลองวัตถุสามมิติหรือสภาพแวดล้อมในพื้นที่สองมิติของหน้าจอคอมพิวเตอร์ วิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์อาจใช้การคาดคะเนประเภทนี้เมื่อสร้างแบบจำลองหรือสร้างกราฟปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและสมการต่างๆ
การฉายภาพสามมิติยังสามารถอ้างถึงการฉายภาพสองมิติลงบนหน้าจอในลักษณะที่ปรากฏต่อผู้ชมที่มีอยู่ในสามมิติ เทคโนโลยีในการสร้างภาพสองมิติดูเหมือนจะมีความลึกมาตั้งแต่ทศวรรษ 1920 และแม้ว่าจะมีการปรับปรุงมากมาย แต่หลักการพื้นฐานก็เหมือนกัน แทนที่จะเป็นหนึ่งภาพภาพสองภาพที่ซ้อนทับกันเล็กน้อยจะถูกวางไว้บนหน้าจอในเวลาเดียวกัน เมื่อบุคคลสวมแว่นตาพิเศษทั้งฟิลเตอร์สีหรือฟิลเตอร์แบบโพลาไรซ์ตาแต่ละข้างสามารถมองเห็นภาพเหล่านี้เพียงภาพเดียวและสมองจะแปลข้อมูลที่ตาแต่ละข้างได้รับเป็นภาพสามมิติ
