数学中，三维球面（英文常写作3-sphere）是球面在高维空间中的类比客体。它由四维欧几里得空间中与一固定中心点等距离的所有点所组成。寻常的球面（或者说二维球面）是一个二维表面，而三维球面是一个具有三个维度的几何客体，这样的几何客体都可以归类为三维流形（3-manifold）。
三维球面也称作超球面（hypersphere），虽然这个词汇可以更广义地代表任何n维球面，而n≥ 3。