Un espacio de color es un modelo matemático de un conjunto de percepciones de color basado en la medición objetiva de esas percepciones.
Como la percepción visual humana del color se basa en la estimulación de tres grupos de receptores del ojo (fenómeno denominado "triestímulo"), es posible describir cada sensación de color individual al menos con una matriz triple de de valores.
Por eso podemos describir los colores usando metáforas tridimensionales en las que cada matriz de tres valores equivale a una posición en un volumen tridimensional. Los valores más extremos forman los límites de ese volumen. El conjunto de medidas que forma ese volumen es lo que se denomina un "espacio de color". Fuera de ese volumen no existe percepción de color en ese espacio.
Como cada ser humano o aparato tiene límites distintos en su percepción o reproducción del color, cada volumen o espacio de color es distinto. Unos son más grandes que otros y unos se extienden más por unas zonas a los que otros no llegan.
Pese a que los tres ejes parecen describir un cubo, los límites de ese volumen (que representa la vista del ser humano medio) son muy irregulares, ya que nuestra capacidad visual no es igual en los tres vectores (imaginarios o no).
El espacio de color máximo es aquel que describe la percepción general en condiciones normales de iluminación del ser humano promedio. Ese espacio de color es en principio el llamado Espacio de color CIE XYZ 1931.
Los espacios de color pueden describir cómo percibe un ser o receptor los colores y cómo los reproduce un aparato.
Los espacios de color se describen en la actualidad usando perfiles de color. Sin embargo, la diferencia entre espacios de color y perfiles de color, que por estas descripciones podrían parecer iguales, es que un perfil de color incluye uno o dos espacios de color y una serie de reglas de conversiones entre espacios de color, además de algunos datos suplementarios.
Los espacios de color actuales más asentados, usados y fiables son aquellos establecidos por CIE, que se consideran estándares internacionales. Abarcan y relacionan entre si todos los colores perceptibles por el ojo humano medio. Permiten establecer lo que se llaman "colores absolutos".
Sin embargo, incluso en estos modelos matemáticos que son los espacios de color de la CIE es dificil explicar algunos fenómenos de la visión humana (por lo que la modelización del color es aun un campo abierto).