Spațiul de probabilitate este un model matematic utilizat pentru a descrie experimentele științifice Un spațiu de probabilitate este format din trei părți:
- Un spațiu de eșantionare care enumeră toate rezultatele posibile
- Un set de evenimente. Fiecare eveniment asociază zero sau mai multe rezultate
- O funcție care atribuie probabilități fiecărui eveniment
Un rezultat este rezultatul unei singure execuții a modelului. Deoarece rezultatele individuale ar putea avea o utilitate practică redusă, se utilizează evenimente mai complexe pentru a caracteriza grupuri de rezultate. Colecția tuturor acestor evenimente este o σ-algebră F {\displaystyle \scriptstyle {\mathcal {F}}}. 
. În cele din urmă, este necesar să se precizeze probabilitatea de apariție a fiecărui eveniment. Acest lucru se face cu ajutorul funcției de măsurare a probabilității, P.
Odată stabilit spațiul de probabilitate, se presupune că "natura" își face mișcarea și selectează un singur rezultat, ω, din spațiul de eșantionare Ω. Se spune că toate evenimentele din F {\displaystyle \scriptstyle {\mathcal {F}}} care conțin rezultatul selectat ω (reamintim că fiecare eveniment este un subansamblu al lui Ω) sunt considerate ca "au avut loc". Selecția efectuată de natură se face în așa fel încât, dacă experimentul ar fi repetat de un număr infinit de ori, frecvențele relative de apariție ale fiecăruia dintre evenimente ar coincide cu probabilitățile prescrise de funcția P.
Matematicianul sovietic proeminent Andrey Kolmogorov a introdus noțiunea de spațiu de probabilitate, împreună cu alte axiome ale probabilității, în anii 1930.
