En sandsynlighedsfordeling er i sandsynlighedsregning den forskrift, der til en given stokastisk variabel \(X\) angiver sandsynligheden for, at den stokastiske variable tilhører en given delmængde \(A\) af de reelle tal. Sandsynlighedsfordelingen for \(X\) betegnes normalt \(P_X\) og er givet ved \(P_X(A) = P(X \in A)\), hvor \(P\) er sandsynlighedsmålet (se sandsynlighedsregning). Sandsynlighedsfordelingen bestemmes entydigt af fordelingsfunktionen \(F_X\) eller af tæthedsfunktionen \(f_X\).