در نظریه احتمال فضای نمونه یا فضای نمونه‌ای (به انگلیسی: Sample space) مجموعه تمام نتایج ممکن از یک آزمایش تصادفی (پدیده تصادفی) است که آن را با نماد ‏، یا (مخفف universe به معنی جهان) نشان می‌دهند. پیامد هر آزمایش تصادفی، تنها یکی از اعضای خواهد بود. به عنوان مثال، برای آزمایش پرتاب سکه، فضای نمونه برابر است با مجموعه {شیر، خط} و برای یک تاس شش وجهی، فضای نمونه برابر است با مجموعه {۱، ۲، ۳، ۴، ۵، ۶}.

در یک رویکرد ساده به احتمالات، هر زیر مجموعه‌ای از فضای نمونه را می‌توان یک پیشامد نامید. با این حال، این تعریف زمانی که فضای نمونه نامتانهی باشد مشکل‌ساز می‌شود. در یک تعریف بهتر، پیشامد را یک زیرمجموعهٔ قابل‌اندازه‌گیری از فضای نمونه در نظر می‌گیرند که شامل یک میدان سیگما روی فضای نمونه باشد.