واژه گراف در ریاضیات حداقل دارای دو معنی می‌باشد. در ریاضیات ابتدایی گراف به نمودار تابع اشاره دارد و در اصطلاح ریاضی‌دانان گراف مجموعه‌ای از نقاط و خطوط متصل به هم هستند.
در واقع گراف مدلی ریاضی برای یک مجموعه گسسته است که اعضای آن به طریقی به هم مرتبط هستند. اعضای این مجموعه می‌توانند انسان باشند و ارتباط آن‌ها با هم دست دادن باشد. اعضا می‌توانند اتم‌ها در یک مولکول باشند و ارتباط آن‌ها اتصال‌های شیمیایی باشد یا اعضا می‌توانند قسمت‌های مختلف زمین و ارتباط بین آن‌ها پل‌هایی باشد که آن‌ها را به هم مرتبط می‌کند (همانند مسئله کونیگسبرگ).
نظریه گراف یکی از موضوع‌های مهم در ریاضیات گسسته است که به مطالعهٔ گراف‌ها و مدل‌بندی مسائل به وسیلهٔ آن‌ها می‌پردازد. لئونارد اویلر در سال ۱۷۳۶ با حل مسئله پل‌های کونیگسبرگ نظریهٔ گراف‌ها را بنیان گذاشت. اما جیمز جوزف سیلوستر نخستین کسی بود که در سال ۱۸۷۸ از واژهٔ گراف برای نامیدن این مدل‌های ریاضی استفاده کرد