Hình học không gian đo khoảng cách, góc và độ cong theo ba chiều. Nó bao gồm các yếu tố của hình học rắn Euclid, tọa độ Descartes, cấu trúc liên kết và hình học phi Euclid, đặc biệt khi đo không gian hai chiều trên một vật thể ba chiều, chẳng hạn như hình cầu. Khi mở rộng ra vũ trụ, hình học không gian có thể bao gồm các kích thước bổ sung, chẳng hạn như thời gian.
Hình học không gian cổ đại tập trung vào các cấu trúc và chất rắn, chẳng hạn như hình cầu, hình khối hoặc hình nón và phép đo thể tích và diện tích bề mặt của chúng. Vào đầu thế kỷ 17, các khái niệm mới về không gian xuất hiện và cùng với đó là những ý tưởng mới về hình học và phép đo trên các bề mặt cong. Hình học phi Euclid xuất hiện để giải quyết một số tiên đề Euclid không thành công khi áp dụng cho bề mặt của một hình cầu. Sau đó, các nhà toán học đã phát triển các hình học này để giải quyết các dạng bề mặt cong cụ thể. Đặc biệt, hình học hyperbolic và elip giải quyết những gì xảy ra với các đường song song khi áp dụng cho một số không gian nhất định. Hệ tọa độ Descartes sử dụng ba chiều cũng tạo ra các phương pháp bổ sung để đo khoảng cách và vị trí trong không gian. Tôpô, được phát triển vào thế kỷ 19, giải quyết cách không gian hoạt động dưới các biến dạng và thay đổi. Vào thế kỷ 20, Einstein đưa ra khái niệm không-thời gian, cho thấy rằng không gian uốn quanh các vật thể khối lượng lớn và thời gian bị ảnh hưởng do sự uốn cong này.
