בהשראת הצילום הסטריאוסקופי, נעשה שימוש במערכת של מצלמת קולנוע רגילה לצורך צילום של אובייקטים משתי נקודות מבט שונות (או לחלופין:תמונות המיוצרות על ידי מחשב מייצרות שתי פרספקטיבות בשלב הפוסט־פרודקשן), ולאחר מכן - נעשה שימוש במכשיר הקרנה מיוחד אומשקפי תלת־ממד מיוחדות, על מנת לספק אשליה של עומק בעת הצפייה בסרט.
סרטי תלת־ממד אינם מוגבלים אך ורק להקרנות של סרטי קולנוע בבתי קולנוע; גם סרטים שאינם מופצים לבתי קולנוע, כמו גם שידורי הטלוויזיה המסחרית, הכבלים, הלוויין וה־VOD, משלבים, לעיתים, שיטות דומות, בעיקר למטרות שיווק.
סרטי תלת־ממד קיימים מאז1950, אךתעשיית הקולנוע עשתה בהם שימוש בעיקר בסרטי נישה בלבד, בעיקר בגלל החומרה ותהליכים יקרים שנדרשו כדי לייצר ולהציג סרטי תלת־ממד, וכן חוסר אחידות הפורמט של כל חלקי תעשיית הבידור. עם זאת, סרטי תלת־ממד הוצגו בהבלטה בשנת 1950 בקולנוע האמריקאי, ולאחר מכן חווה התעוררות מחודשת ברחבי העולם בשנות ה־80 ובשנות ה־90, בעיקר בשל הפופולריות הגוברת של אולמותIMAX, וכן סרטידיסני שנוצרו כאקטרקציות מיוחדות באתרי החברה. לאורךשנות ה־2000 הפכו סרטי תלת־ממד להצלחות מסחריות, ששיאם בהצלחה חסרת התקדים של הסרט "אווטאר" אשר יצא לאקרנים בדצמבר2009.