Lo spazio di probabilità è un modello matematico utilizzato per descrivere gli esperimenti scientifici Uno spazio di probabilità è costituito da tre parti:
- Uno spazio campione che elenca tutti i possibili risultati
- Una serie di eventi. Ogni evento associa zero o più risultati
- Una funzione che assegna le probabilità ad ogni evento
Un risultato è il risultato di un'unica esecuzione del modello. Poiché i singoli risultati possono essere di scarsa utilità pratica, per caratterizzare gruppi di risultati vengono utilizzati eventi più complessi. La raccolta di tutti questi eventi è un σ-algebra F \displaystyle \displaystyle \scriptstyle\mathcal {F}}}}. 
. Infine, è necessario specificare la probabilità che ogni evento si verifichi. Questo viene fatto utilizzando la funzione di misura della probabilità, P.
Una volta stabilito lo spazio di probabilità, si assume che la "natura" si muova e selezioni un singolo risultato, ω, dallo spazio campione Ω. Tutti gli eventi in F \displaystyle \scriptstyle {mathcal {F}}} che contengono l'esito selezionato ω (ricordiamo che ogni evento è un sottoinsieme di Ω) si dice che "si sono verificati". La selezione effettuata dalla natura è fatta in modo tale che se l'esperimento dovesse essere ripetuto un numero infinito di volte, le frequenze relative di occorrenza di ciascuno degli eventi coinciderebbero con le probabilità prescritte dalla funzione P.
L'eminente matematico sovietico Andrey Kolmogorov introdusse la nozione di spazio di probabilità, insieme ad altri assiomi di probabilità, negli anni Trenta del secolo scorso.
