Pravděpodobnostní prostor je matematický model používaný k popisu vědeckých experimentů Pravděpodobnostní prostor se skládá ze tří částí:
- Vzorkovací prostor, který obsahuje všechny možné výsledky
- Soubor událostí. Ke každé události se váže nula nebo více výsledků
- Funkce, která přiřazuje pravděpodobnosti jednotlivým událostem.
Výsledek je výsledkem jednoho provedení modelu. Vzhledem k tomu, že jednotlivé výsledky mohou mít malý praktický význam, používají se složitější události k charakterizaci skupin výsledků. Soubor všech takových událostí je σ-algebra F {\displaystyle \scriptstyle {\mathcal {F}}). 
. Nakonec je třeba určit pravděpodobnost výskytu každé události. To se provádí pomocí funkce míry pravděpodobnosti P.
Jakmile je vytvořen prostor pravděpodobnosti, předpokládá se, že "příroda" provede svůj tah a vybere jeden výsledek, ω, z výběrového prostoru Ω. O všech událostech v F {\displaystyle \scriptstyle {\mathcal {F}}}, které obsahují vybraný výsledek ω (připomeňme, že každá událost je podmnožinou Ω), se říká, že "nastaly". Výběr prováděný přírodou probíhá tak, že kdyby se experiment opakoval nekonečně mnohokrát, relativní četnosti výskytu jednotlivých událostí by se shodovaly s pravděpodobnostmi předepsanými funkcí P.
Významný sovětský matematik Andrej Kolmogorov zavedl pojem pravděpodobnostního prostoru spolu s dalšími axiomy pravděpodobnosti ve 30. letech 20. století.
