Klassikaline mütoloogia on Kreeka ja Kreeka järgse ajastu kollektiivsed müüdid ja religioossed struktuurid. See hõlmab kogu kreeka mütoloogiat ja hõlmab ka üleminekut Rooma mütoloogiale. Klassikaline mütoloogia kui formaalne akadeemiline distsipliin on Kreeka ja Rooma jumalate uurimine koos legendaarseid tegusid sooritavate kangelaste lugude ja rahvajuttudega. Lood algavad titaanide loomise müüdiga, kes olid kreeka polüteismis jumalate ja jumalannade eellased. Üldiselt tegelevad klassikalise mütoloogiaga seotud müüdid ja narratiivid looduslike sündmuste üleloomulike seletustega.
Homerose eepilised luuletused on klassikalise mütoloogia kaks kõige olulisemat teksti. Ilias ja Odüsseia käsitlevad Trooja sõda ja selle tagajärgi, segades sõdurite ja kangelaste lugusid seda mõjutanud jumalate ja jumalannadega. Ilias kirjeldab üksikasjalikult sõjasündmusi, milles Achilleus, kellele on pakutud valikut pika, viljaka ja anonüümse elu ning lahingus surma kaudu igavese hiilguse vahel, valib viimase. Odysseia kirjeldab Odysseuse koduteekonda pärast Trooja sõja lõppu. Luuletusse on lisatud palju müütilisi elemente, sealhulgas nõidus, hiiglased, vihased jumalused ja teekond allmaailma.
Paljud Vana-Kreeka kultuuri müüdid kasutavad jumalaid ja jumalannasid, et selgitada objektide, sündmuste või protsesside allikat loodusmaailmas. Näiteks Persephone ja Demeteri müüt selgitab aastaaegade tsüklit, eriti talve päritolu. Hades, allilma isand, röövib Persephone oma pruudi jaoks. Demeter, viljakuse ja põllumajanduse jumalanna, on vihane ja peatab põllukultuuride kasvamise. Jõutakse kompromissile, kus Persephone veedab sügise ja kevade vahelise aja allilmas, mille tulemuseks on viljatud talvekuud.
Kuna Kreeka impeerium andis teed Rooma impeeriumile, võtsid roomlased omaks paljud kreeka rahvajutud ja müüdid, muutes need selgelt Rooma klassikaliseks mütoloogiaks. Vergiliuse Aeneis sarnaneb süžee ja ülesehitusega Homerose eepiliste luuletustega, välja arvatud see, et kangelane Aeneas võitleb troojalaste, mitte ahhaialaste eest. Kangelase teekond hõlmab Itaalias uue kodu rajamist, mis õitseks Rooma impeeriumiks. Paljud Rooma panteoni jumalad ja jumalannad olid laenatud varasematelt Kreeka kolleegidelt. Näiteks Merkuur põhines Hermesel, Veenus Aphroditel ja Marss Aresel.