La mitología clásica son los mitos colectivos y las estructuras religiosas de la era helénica y posthelénica. Esto abarca la totalidad de la mitología griega y también cubre la transición a la mitología romana. La mitología clásica como disciplina académica formal es el estudio de los dioses griegos y romanos junto con las historias y cuentos populares de héroes que realizan hazañas legendarias. Las historias comienzan con el mito de la creación de los titanes, que fueron los progenitores de los dioses y diosas en el politeísmo griego. Generalmente, los mitos y narraciones que componen la mitología clásica tratan de explicaciones sobrenaturales de sucesos naturales.
Los poemas épicos homéricos son dos de los textos más importantes de la mitología clásica. La Ilíada y la Odisea se ocupan de la guerra de Troya y sus secuelas, mezclando las historias de soldados y héroes con los dioses y diosas que influyeron en ella. La Ilíada detalla los acontecimientos de la guerra en la que Aquiles, a quien se le ha ofrecido la posibilidad de elegir entre una vida larga, fructífera y anónima y la oportunidad de alcanzar la gloria eterna a través de la muerte en la batalla, elige esta última. La Odisea describe el viaje de regreso a casa de Ulises después de que termina la guerra de Troya. Muchos elementos míticos se incorporan al poema, incluida la brujería, los gigantes, las deidades enojadas y un viaje al inframundo.
Muchos de los mitos de la cultura griega antigua usan dioses y diosas para explicar la fuente de objetos, eventos o procesos en el mundo natural. Por ejemplo, el mito de Perséfone y Deméter explica el ciclo anual de las estaciones, particularmente el origen del invierno. Hades, señor del inframundo, secuestra a Perséfone para su novia. Deméter, diosa de la fertilidad y la agricultura, está enojada e impide que crezcan las cosechas. Se llega a un compromiso en el que Perséfone pasa el tiempo entre el otoño y la primavera en el inframundo, lo que resulta en los infértiles meses de invierno.
A medida que el imperio griego dio paso al imperio romano, los romanos se apropiaron de muchos de los cuentos y mitos populares griegos, convirtiéndolos en una mitología clásica claramente romana. La Eneida de Virgilio es similar a los poemas épicos de Homero en trama y estructura, excepto que el héroe, Eneas, lucha por los troyanos, no por los aqueos. El viaje del héroe implica el establecimiento de un nuevo hogar en Italia que se convertiría en el Imperio Romano. Muchos de los dioses y diosas del panteón romano fueron tomados de sus homólogos griegos anteriores. Por ejemplo, Mercurio se basó en Hermes, Venus en Afrodita y Marte en Ares.