Klasična mitologija su kolektivni mitovi i religijske strukture helenskog i posthelenskog doba. To obuhvaća cjelokupnu grčku mitologiju, a obuhvaća i prijelaz u rimsku mitologiju. Klasična mitologija kao formalna akademska disciplina proučava grčke i rimske bogove zajedno s pričama i narodnim pričama o herojima koji izvode legendarne podvige. Priče počinju mitom o stvaranju Titana, koji su u grčkom politeizmu bili praroditelji bogova i božica. Općenito, mitovi i pripovijesti koji obuhvaćaju klasičnu mitologiju bave se nadnaravnim objašnjenjima prirodnih pojava.
Homerove epske pjesme dva su od najvažnijih teksta u klasičnoj mitologiji. Ilijada i Odiseja bave se Trojanskim ratom i njegovim posljedicama, miješajući priče o vojnicima i herojima s bogovima i božicama koji su na njega utjecali. Ilijada opisuje ratne događaje u kojima Ahilej, kojemu je ponuđen izbor između dugog, plodnog i anonimnog života i šanse za vječnu slavu kroz smrt u borbi, bira ovo drugo. Odiseja opisuje Odisejevo putovanje kući nakon završetka Trojanskog rata. Mnogi mitski elementi uključeni su u pjesmu, uključujući vještičarenje, divove, ljuta božanstva i putovanje u podzemni svijet.
Mnogi mitovi u staroj grčkoj kulturi koriste bogove i božice da objasne izvor predmeta, događaja ili procesa u prirodnom svijetu. Na primjer, mit o Perzefoni i Demetri objašnjava godišnji ciklus godišnjih doba, posebice nastanak zime. Had, gospodar podzemlja, otima Perzefonu za svoju nevjestu. Demetra, božica plodnosti i poljoprivrede, ljuta je i zaustavlja usjeve u rastu. Postignut je kompromis u kojem Perzefona vrijeme između jeseni i proljeća provodi u podzemlju, što rezultira neplodnim mjesecima zime.
Kako je grčko carstvo ustupilo mjesto Rimskom carstvu, Rimljani su prisvojili mnoge grčke narodne priče i mitove, pretvorivši ih u izrazito rimsku klasičnu mitologiju. Vergilijeva Eneida je radnjom i strukturom slična Homerovim epskim pjesmama, samo što se junak Eneja bori za Trojance, a ne za Ahejce. Herojevo putovanje uključuje uspostavljanje novog doma u Italiji koji će procvjetati u Rimsko Carstvo. Mnogi bogovi i božice rimskog panteona posuđeni su od ranijih grčkih kolega. Na primjer, Merkur se temeljio na Hermesu, Venera na Afroditi, a Mars na Aresu.