Empirijska vjerojatnost je izračun vjerojatnosti na temelju stvarnog nastupa određene vrste događaja. Razlikuje se od procijenjene ili teorijske vjerojatnosti, koja proizvodi vrijednost temeljenu na općim načelima, a ne na opaženoj činjenici. Empirijska vjerojatnost opisuje induktivniji proces, onaj koji smanjuje pogrešku koja je rezultat netočnih modela, ali povećava pogrešku koja je rezultat slučajnih događaja.
Jednostavan primjer za razumijevanje dvije vrste vjerojatnosti je jednostavno ponovljeno bacanje novčića. Recimo da je novčić bačen 100 puta. Uspješno se pojavljuje 54 puta, a repovima 46 puta. Postoje dva različita načina da se procijeni vjerojatnost da će sljedeće bacanje doći na pamet. Teoretska vjerojatnost je 50 posto. Ova vjerojatnost ostaje konstantna od okretanja do okretanja. S druge strane, empirijska vjerojatnost iznosi 54%. Novčić se do sada pojavio u 54% slučajeva; samo na temelju ovih podataka, moglo bi se očekivati da je malo vjerojatnije da će se ponovno pojaviti. Empirijska se vjerojatnost mijenja dolaskom novih podataka. Ako se novčić nakon 200 okretaja 104 puta uzdigne u glavu, empirijska vjerojatnost da će sljedeći novčić biti glava sada je 52%.
Empirijske vjerojatnosti postaju vjerodostojnije što više podataka ima. Ako je model za proizvodnju teorijske vjerojatnosti dobar – u gornjem primjeru, ako je novčić pošten – teorijske i empirijske vjerojatnosti će se konvergirati kako veličina uzorka bude veća. Nakon milijun bacanja novčića, promatrač bi trebao očekivati da će empirijska vjerojatnost biti vrlo blizu predviđenoj vjerojatnosti, 50%.
Što se dvije vrste vjerojatnosti više razlikuju, to više promatrač može razmotriti promjenu parametara svog modela za teorijsku vjerojatnost. U klasičnoj kockarskoj zabludi, u kojoj novčić izlazi na vrh 99 puta, osnovni udžbenik matematike će reći da sljedeći novčić još uvijek ima 50% šanse da bude rep. Ovaj odgovor temelji se na pretpostavci da je novčić pošten: da ima ravnomjerno raspoređenu težinu i otpor zraka, da se baca učinkovito i nasumično, itd. Procijenjena vjerojatnost mogla bi reći kockaru u ovoj situaciji da novčić nije pošten. Ekstremno odstupanje od teorijske vjerojatnosti sugerira da možda nešto nije u redu s jednom od pretpostavki korištenih za njezino izračunavanje.
Empirijska vjerojatnost ne mora uvijek biti dvostruka od teorijske vjerojatnosti. Može se koristiti za izračunavanje vjerojatnosti događaja o kojem se malo više zna. Na primjer, ako osoba okreće dvostrani objekt čije dvije strane imaju različita svojstva, mogla bi se više osloniti na empirijski element vjerojatnosti da će sletjeti na određenu stranu. Još jednom, što više podataka ima, to je veća kvaliteta njezina empirijskog izračuna.
Ljudi iz područja ekonomije i financija mogli bi upotrijebiti empirijsku vjerojatnost kao pomoć pri donošenju odluka. Ekonomist bi, nakon što je stvorio teorijski model tržišta, trebao željeti provjeriti svoje izračune u odnosu na empirijski izračun uključenih vjerojatnosti. Mogla bi se uvelike osloniti na empirijske vjerojatnosti kako bi ispunila koeficijente u svom modelu koje možda nema drugog načina izračuna. U praksi, korisni ekonomski modeli gotovo uvijek kombiniraju elemente teorijske i empirijske vjerojatnosti.