Trójwymiarowa (3D) karta graficzna to element sprzętu komputerowego, który może być rzeczywistą kartą rozszerzeń umieszczoną w komputerze lub zintegrowanym mikroukładem wbudowanym w płytę główną komputera lub innego urządzenia elektronicznego. W obu przypadkach celem karty graficznej 3D jest zapewnienie dodatkowej mocy obliczeniowej, a czasami pamięci, która może być dedykowana wyłącznie do renderowania grafiki 3D na monitorze lub innym urządzeniu wyświetlającym. Różne komponenty karty graficznej 3D obejmują procesor graficzny (GPU), graficzną pamięć o dostępie swobodnym (RAM), czasami oddzielną jednostkę matematyczną zmiennoprzecinkową (FPU) oraz, jeśli wymaga tego karta, wentylator lub radiator do rozpraszać ciepło wytwarzane podczas pracy. Kiedy karta graficzna 3D jest zainstalowana w komputerze lub innym urządzeniu, wzrost szybkości i wydajności nie zawsze jest automatyczny, ponieważ oprogramowanie musi specjalnie łączyć się z kartą, aby uzyskać korzyści, jakie zapewnia, chociaż niektóre systemy operacyjne są zaprojektowane do korzystania z 3D domyślnie karta graficzna, jeśli jest obecna.
Istnieje wiele aplikacji, które intensywnie wykorzystują grafikę 3D, co wymaga wykonania ogromnej ilości obliczeń w ułamkach sekundy. Korzystając z karty graficznej 3D, obliczenia te mogą być wykonywane przez GPU w połączeniu z graficzną pamięcią RAM w sposób zoptymalizowany przez producentów, aby był jak najszybszy. Karta graficzna wykonuje większość obliczeń matematycznych, więc jednostka centralna (CPU) na głównej płycie głównej komputera może jednocześnie przetwarzać inne informacje wymagane przez aplikację.
Oprócz zwiększenia szybkości aplikacji 3D, karta graficzna 3D może również zwiększyć jakość renderowanych przez nią obrazów. Jest to możliwe, ponieważ użytkownik może modyfikować ustawienia sprzętu za pomocą podstawowych usług wejścia i wyjścia (BIOS) karty graficznej, aby umożliwić karcie omijanie niektórych instrukcji oprogramowania i samodzielne wykonywanie ulepszeń obrazu. Najczęściej może to przybrać formę antyaliasingu, który częściowo ukrywa postrzępione piksele na obrazie, oraz zaawansowanej obsługi geometrii sceny i oświetlenia, aby zapewnić lepsze wyniki niż poleganie wyłącznie na instrukcjach aplikacji.
Fizyczny aspekt karty graficznej 3D to tylko jeden z wielu powodów, dla których jest ona w stanie tak szybko renderować grafikę 3D. GPU znajduje się na tej samej płycie, co graficzna pamięć RAM, więc fizyczna ścieżka między pamięcią a procesorem jest niewiarygodnie mała i nie musi przechodzić przez żadne inne komponenty, jak ma to miejsce w przypadku podstawowej pamięci RAM systemu i procesora. Oznacza to, że dostęp do informacji przechowywanych w graficznej pamięci RAM można uzyskać z bardzo dużą szybkością, dzięki czemu obliczenia i kopie pamięci są niezwykle szybkie i wydajne.