Próba statystyczna – zbiór obserwacji statystycznych wybranych (zwykle wylosowanych) z populacji.
Zwykle stosuje się tzw. próbę losową, definiowaną formalnie w teorii statystyki jako ciąg zmiennych losowych o rozkładzie takim jak rozkład populacji.
Czasem, np. gdy istotne jest zbadanie również pewnej podpopulacji o niewielkiej liczebności, stosuje się próby ważone w których elementy populacji mogą różnić się prawdopodobieństwem wejścia do próby. Wymaga to wprowadzenia wag poszczególnych obserwacji podczas analizy takiego zbioru danych.