Trodimenzionalna (3D) grafička kartica je dio računalnog hardvera koji može biti stvarna kartica za proširenje postavljena u računalo ili integrirani mikročip koji je ugrađen u matičnu ploču računala ili drugog elektroničkog uređaja. U oba slučaja, svrha 3D grafičke kartice je pružiti dodatnu snagu obrade, a ponekad i memoriju koja se može posvetiti isključivo prikazivanju 3D grafike na monitoru ili drugom uređaju za prikaz. Različite komponente na 3D grafičkoj kartici uključuju grafičku procesorsku jedinicu (GPU), grafičku memoriju slučajnog pristupa (RAM), ponekad zasebnu matematičku jedinicu s plutajućim zarezom (FPU) i, ako kartica to zahtijeva, ventilator ili hladnjak za odvode toplinu koja nastaje tijekom rada. Kada je 3D grafička kartica instalirana u računalo ili drugi uređaj, dobitak u brzini i učinkovitosti nije uvijek automatski, jer softver mora posebno sučeliti s karticom kako bi dobio prednosti koje pruža, iako su neki operativni sustavi dizajnirani za korištenje 3D grafička kartica prema zadanim postavkama ako postoji.
Postoje mnoge aplikacije koje u velikoj mjeri koriste 3D grafiku, zahtijevajući ogromnu količinu izračuna u djelićima sekunde. Korištenjem 3D grafičke kartice, ove izračune može izvesti GPU u kombinaciji s grafičkom RAM-om na načine koje su proizvođači optimizirali da budu što brži. Grafička kartica obavlja većinu matematike, tako da je središnja procesorska jedinica (CPU) na glavnoj matičnoj ploči u računalu slobodna istovremeno obraditi druge informacije prema zahtjevima aplikacije.
Osim povećanja brzine 3D aplikacija, 3D grafička kartica također može povećati kvalitetu slika koje se prikazuju putem nje. To je moguće jer korisnik može mijenjati postavke na hardveru putem osnovnih ulaznih i izlaznih usluga grafičke kartice (BIOS) kako bi omogućio kartici da nadjača određene softverske upute i sama izvrši poboljšanja slike. Najčešće, to može imati oblik anti-aliasinga koji djelomično skriva nazubljene piksele na slici i napredno rukovanje geometrijom scene i osvjetljenjem kako bi se dobili bolji rezultati od oslanjanja samo na upute aplikacije.
Fizički aspekt 3D grafičke kartice samo je jedan od mnogih razloga zašto je sposobna tako brzo renderirati 3D grafiku. GPU je na istoj ploči kao i grafički RAM, tako da je fizički put između memorije i procesora nevjerojatno mali i ne mora prolaziti kroz bilo koju drugu komponentu, kao što je slučaj s primarnim sustavom RAM-a i CPU-a. To znači da se informacijama koje se nalaze u grafičkom RAM-u može pristupiti vrlo velikom brzinom, čineći izračune i memorijske kopije nevjerojatno brzim i učinkovitim.