سینمای سه بعدی یا سینمای سه‌بعدی، یک فناوری است که با استفاده از تکنولوژی خاص، تجربه دیدن فیلم را برای تماشاگران به صورت سه بعدی و واقعی‌تر ارائه می‌دهد. در سینمای سه بعدی، تصاویر فیلم به صورت عمودی دو بعدی به تماشاگران نمایش داده می‌شود و با استفاده از عینک‌های سه بعدی، تماشاگران قادر به دیدن تصاویر با عمق و واقعیت بیشتر هستند.
برای ایجاد این تجربه سه بعدی، از روش‌های مختلف استفاده می‌شود. یکی از این روش‌ها استفاده از عینک‌های پلاریزه است. در این روش، دو تصویر با زوایای مختلف به همراه عینک‌های پلاریزه به تماشاگران نمایش داده می‌شود و عینک‌ها با فیلتر پلاریزه‌ای که روی آنها قرار دارد، تصاویر را به چشم چپ و راست تماشاگران منتقل می‌کنند. این باعث می‌شود تصاویر با عمق و واقعیت بیشتری به نظر برسند.
روش دیگر استفاده از عینک‌های فیلتر رنگی است. در این روش، دو تصویر با رنگ‌های مختلف به تماشاگران نمایش داده می‌شود و عینک‌هایی که دارای فیلترهای رنگی هستند، تصاویر را به چشم چپ و راست تماشاگران منتقل می‌کنند. این نوع سینمای سه بعدی معمولاً با استفاده از عینک‌های قابل استفاده مجدد انجام می‌شود.
سینمای سه بعدی تجربه جذاب و واقعی‌تری را به تماشاگران ارائه می‌دهد و برخلاف سینمای دو بعدی، فضای عمق بیشتری را به تصاویر اضافه می‌کند. این فناوری به ویژه در فیلم‌های اکشن، علمی تخیلی و انیمیشن بسیار محبوب است و تجربه دیدن فیلم را برای تماشاگران هیجان‌انگیزتر می‌کند.