אנימציה ממוחשבת היא השיטה הנפוצה ביותר כיום ליצירת אשליה של תנועה באמצעות איורים אשר נוצרו במחשב. הדרך הפופולרית ביותר כיום ליצירת אותם איורים היא באמצעות גרפיקת תלת ממד. שיטה גרפית זו מאפשרת ליצור תמונות ריאליסטיות ובאיכות גבוהה, ולכן נהוג להשתמש בה לצורך יצירת אפקטים מיוחדים ופעלולים בסרטים, כמו גם ליצירת סרטי אנימציה שונים.
כיום, שיטת האנימציה הממוחשבת היא השיטה השולטת ברוב הפקות האנימציה. החברות הגדולות בתחום הן אולפני ההנפשה של וולט דיסני, סוני אנימציות, בלו סקיי, האחים וורנר, ארמדן אנימציות, אולפני ההנפשה Noice, פיקסאר ודרימוורקס אנימציות.
הבסיס בשיטת האנימציה הממוחשבת דומה לשיטות יצירת האנימציה המסורתיות. האשליה של התנועה נוצרת באמצעות יצירה של סדרת תמונות (30 או 24 תמונות בשנייה) אשר כל אחת שונה מהאחרת במעט. כנהוג בכל שיטות האנימציה, הקרנת התמונות או האיורים ברצף ובמהירות גבוהה יוצרת את האשליה המתבקשת של קיום תנועה.
כאמור, נהוג ליצור את התמונות הבודדות עבור אנימציה ממוחשבת באמצעות גרפיקת תלת ממד, למרות שעדיין קיימות שיטות "פרימיטיביות" יותר ומתוחכמות פחות המשתמשות בשני ממדים בלבד. בטכניקת התלת ממד, האנימטור מעצב את הדמויות באמצעות תוכנות המדמות את המבנה של הגופים במרחב תלת ממדי. לצורך יצירת הדימוי הוויזואלי, נבנה מודל ממוחשב של הגוף אותו רוצים להציג בתנועה, במסגרת של תהליך המכונה Render. בתהליך זה המחשב יוצר תמונה מתוך אותו מודל, בהתבסס על פרמטרים מורכבים כגון זווית המצלמה, מרקם המשטח, התאורה וכדומה.
דוגמא מוצלחת ומפורסמת ליצירת אנימציה בשיטה זו היא הסרט "צעצוע של סיפור". זהו סרט האנימציה הממוחשבת הראשון באורך מלא, ונעשה בו שימוש בטכניקת תלת ממד. בסרט זה השתמשו היוצרים ביותר ממאה מחשבים ומשלוש מאות מעבדים, ותהליך ה-Render ארך בסביבות ה-800,000 שעות עיבוד.
מנגד, דוגמא בולטת ליצירת אנימציה ממוחשבת באמצעות גרפיקת דו ממד היא הסרט "סאות'פארק – הסרט". שיטה עבודה זו דומה יותר לאנימציה הקלאסית, משום שהאנימטורים עובדים עם שכבות המונחות האחת על גבי השניה במטרה להגיע לתוצאה הסופית של אשליית התנועה. אך בניגוד לאנימציה הקלאסית, החומרים באנימציה דו ממד הם לרוב דיגיטאליים ולא אנאלוגים.