Un histogramme est une représentation graphique qui restitue la distribution des valeurs tonales sur une image ou une image vidéo, en montrant combien de pixels se situent à chaque niveau de luminosité, du noir pur à gauche au blanc pur à droite. Plutôt que d'évaluer l'exposition et la plage tonale à l'œil — méthode peu fiable car l'apparence d'une image sur un moniteur change avec la lumière ambiante, l'étalonnage de l'écran et l'angle de vision —, un histogramme fournit une image objective et quantitative de l'information tonale que contient effectivement l'image.

L'axe horizontal d'un histogramme représente la luminance, ou luminosité, le point le plus à gauche correspondant à la valeur la plus sombre possible (le noir pur, ou 0 dans une image 8 bits) et le point le plus à droite à la valeur la plus claire possible (le blanc pur, ou 255 dans une image 8 bits). L'axe vertical représente le nombre de pixels à chaque niveau de luminosité, des pics élevés indiquant de nombreux pixels à cette tonalité et des sections basses ou absentes indiquant peu de pixels de cette luminosité. La forme globale de l'histogramme décrit le caractère tonal de l'image : un histogramme regroupé vers la gauche indique une image sombre, sous-exposée ou en clé basse ; un histogramme regroupé vers la droite indique une image claire, en clé haute ou surexposée ; et un histogramme réparti sur toute la plage indique une image à large étendue tonale.

En photographie et en cinématographie, un histogramme tronqué au bord gauche indique des noirs écrasés (des zones d'ombre complète sans détail), tandis qu'une troncature au bord droit indique des hautes lumières cramées : des zones de surexposition totale où tout détail est perdu. L'histogramme est donc l'un des outils les plus fiables pour juger si une image a conservé du détail dans les extrêmes, indépendamment de son apparence sur un écran particulier. Les fabricants de caméras affichent des histogrammes en direct durant la prise de vue, et les logiciels d'étalonnage chromatique tels que DaVinci Resolve présentent des histogrammes en temps réel à mesure que les ajustements sont appliqués.

Dans le travail des couleurs, l'histogramme est couramment affiché sous la forme de trois canaux superposés (rouge, vert et bleu), permettant aux étalonneurs d'identifier les dominantes chromatiques et les déséquilibres entre canaux ainsi que l'exposition globale. En postproduction, utiliser l'histogramme aux côtés du moniteur waveform et du vectorscope donne à l'étalonneur une vue objective complète de l'état technique de l'image.