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三維渲染是指在電子計算機上將三維模型轉換為二維計算機圖形的三維計算機圖形製圖過程，也就是從準備的場景創建實際的二維景象或動畫的最後階段。這可以和現實世界中在佈景完成後的照相或攝製場景的過程相比。三維渲染包括無偏渲染以及非真實感繪製。[1]3D計算機圖形學中流行的表面着色算法包括濃淡處理、Gouraud着色法以及Phong着色法。
用於諸如遊戲或模擬程序這樣的交互式媒體的渲染需要實時計算和顯示，速度約為20到120幀每秒。非交互式媒體（譬如錄象或電影），渲染的慢得多。非實時渲染使得有限的計算能力得以放大以獲得高質量的畫面。複雜場景的單幀的渲染速度可能從幾秒到一個小時或者更多。渲染完成的幀存貯在硬盤，然後可能轉錄到其它媒介，例如電影膠捲或者光盤。然後這些幀以高幀率播放，通常為24，25，或30幀每秒，以達成運動的假象。
最後的作品經常會需要達到真實感圖形質量，要達到這個目的，很多不同和專門的渲染技術被發展出來。這些技術的範圍包括相當非真實感的線框模型渲染技術，到基於多邊形的渲染，到更高級的技術，例如：掃描線渲染、光線跟蹤或者輻射着色。
渲染軟件可以模擬例如鏡頭光暈、景深或者運動模糊這樣的視覺效果。這些技術試圖模擬鏡頭和人眼的光學特性所造成的視覺現象。這些技術可以增加場景的真實程度，雖然該效果可能只是鏡頭的人造模擬現象。
為模擬其他自然發生的效應的各種技術被發展出來，例如光和不同形式的物質的相互作用。這些技術的例子包括粒子系統（它可以模擬雨，煙，或者火），體採樣（用於模擬霧，塵或者其它空間大氣效果），焦散效果（用於模擬光被不均勻折射性質的表面所聚焦的現象，例如游泳池底部的光的漣漪），還有次表面散射（subsurface scattering，用於模擬光在人的皮膚這樣的實體對象內部反射的現象）。
渲染過程計算上很昂貴，特別是所模擬的物理過程複雜且多樣時。計算機的處理能力逐年上升，使得真實感渲染的質量漸進的提高。生產計算機動畫的電影工作室可能用渲染農場（render farm）來進行及時的渲染。但是，硬件費用的下降使得在家庭計算機系統上產生少量的三維動畫完全成為可能。
渲染器經常包含在三維軟件包中，但是有一些渲染系統作為流行三維應用程式的插件使用。這些渲染系統包括Final-Render，Brazil r/s，V-Ray，Mental Ray，POV-Ray，和Pixar Renderman。
這些渲染程序的輸出經常用於最終電影場景的一小部分。很多材料的層次可以分別渲染，然後採用合成軟件集成到最終的畫面中。
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