Klasikinė mitologija – tai kolektyviniai helenų ir pograikinės eros mitai ir religinės struktūros. Tai apima visą graikų mitologiją ir taip pat perėjimą prie romėnų mitologijos. Klasikinė mitologija, kaip formali akademinė disciplina, yra graikų ir romėnų dievų tyrimas kartu su herojų, atliekančių legendinius žygdarbius, pasakojimais ir pasakojimais. Istorijos prasideda nuo titanų, kurie buvo graikų politeizmo dievų ir deivių protėviai, kūrimo mito. Paprastai mitai ir pasakojimai, sudarantys klasikinę mitologiją, yra susiję su antgamtiniais gamtos įvykių paaiškinimais.
Homero epinės poemos yra du svarbiausi klasikinės mitologijos tekstai. „Iliadoje“ ir „Odisėjoje“ kalbama apie Trojos karą ir jo padarinius, sumaišydamos karių ir didvyrių istorijas su jam įtakos turėjusiais dievais ir deivėmis. „Iliadoje“ aprašomi karo įvykiai, kurių metu Achilas, kuriam buvo pasiūlyta rinktis tarp ilgo, vaisingo ir anonimiško gyvenimo ir šanso į amžinąją šlovę per mirtį mūšyje, pasirenka pastarąjį. „Odisėjoje“ aprašoma Odisėjo kelionė namo, pasibaigus Trojos karui. Į eilėraštį įtraukta daug mitinių elementų, įskaitant raganavimą, milžinus, piktas dievybes ir kelionę į požemį.
Daugelis senovės graikų kultūros mitų naudoja dievus ir deives, kad paaiškintų gamtos pasaulio objektų, įvykių ar procesų šaltinį. Pavyzdžiui, Persefonės ir Demetros mitas paaiškina metinį sezonų ciklą, ypač žiemos kilmę. Hadas, požemio valdovas, pagrobia Persefonę savo nuotakai. Demetra, vaisingumo ir žemdirbystės deivė, pyksta ir sustabdo pasėlių augimą. Pasiekiamas kompromisas, pagal kurį Persefonė laiką nuo rudens iki pavasario praleidžia požemyje, todėl žiemos mėnesiai būna nevaisingi.
Kai Graikijos imperija užleido vietą Romos imperijai, romėnai pasisavino daugybę graikų liaudies pasakų ir mitų, paversdami juos išskirtine romėnų klasikine mitologija. Vergilijaus „Eneida“ siužetu ir struktūra panaši į Homero epinius eilėraščius, išskyrus tai, kad herojus Enėjas kovoja už Trojos arklys, o ne už achajus. Herojaus kelionė apima naujų namų įkūrimą Italijoje, kuris peraugs į Romos imperiją. Daugelis Romos panteono dievų ir deivių buvo pasiskolinti iš ankstesnių graikų kolegų. Pavyzdžiui, Merkurijus buvo pagrįstas Hermiu, Venera ant Afroditės, o Marsas – Aresu.