Theo lý thuyết, tam giác Penrose là một loại hình ảnh quang học ảo, là một vật thể 2D được vẽ trên mặt phẳng nhưng lại tạo cảm giác 3D cho người quan sát.
Tam giác Penrose, hay còn gọi là Penrose tribar, hoặc impossible tribar, là một hình tam giác bất khả thi (Impossible object). Nó được họa sĩ người Thụy Điển Oscar Reutersvärd tạo ra lần đầu vào năm 1934.
Cho đến những năm 1950, tam giác Penrose trở nên phổ biến hơn khi nhà tâm thần học Lionel Penrose và con trai, nhà toán học Roger Penrose, sửa đổi và sử dụng nó trong một số nghiên cứu.
Ngoài Oscar Reutersvärd, họa sĩ M. C. Escher cũng sử dụng tam giác Penrose trong các tác phẩm của mình.

Hình tam giác Penrose.
Vậy tam giác Penrose là cái gì?
Khi nhìn vào tam giác Penrose trên một mặt phẳng, ta có thể nhầm lẫn rằng đó là một khối vật thể rắn 3 chiều, được tạo thành từ ba khối hình vuông đứng thẳng, tại các góc vuông ở các đỉnh của tam giác. Tuy nhiên, không thể tạo ra một tam giác Penrose 3D trên mặt phẳng, vì vậy nó chỉ tồn tại dưới dạng vật thể 2 chiều.
Tuy vậy, ta vẫn có thể tạo ra tam giác Penrose bằng cách sử dụng các vật thể rắn 3D đặt ở 3 góc phù hợp trên một mặt phẳng và từ một góc nhìn cố định, kết hợp của ba vật thể này sẽ tạo ra tam giác Penrose. Đây cũng là trường hợp của tác phẩm điêu khắc tam giác Penrose ở Perth, miền Tây Australia.

Tác phẩm điêu khắc tam giác Penrose ở Perth, miền Tây Australia.
Với sự tiến bộ của công nghệ, hiện nay chúng ta có thể tạo ra tam giác Penrose thông qua máy in 3D, tuy nhiên nó vẫn chỉ xuất hiện dưới một góc nhìn cố định.

Một tam giác Penrose được tạo ra từ máy in 3D, rõ ràng nó không phải là một tam giác, nhưng từ một góc nhìn cố định, tam giác Penrose sẽ hiện ra.