不同於歐幾裏得幾何學的幾何體系，簡稱非歐幾何。一般是指：羅巴切夫斯基幾何（雙曲幾何）和黎曼的橢圓幾何。它們與歐氏幾何最主要的區別在於公理體系中採用瞭不同的平行公理。
歷史淵源及發展 非歐幾何的起源可追溯到人們對歐幾裏得平行公理的懷疑。從古希臘時代到西元1800年間，許多數學傢都嘗試根據歐幾裏得的其他公理去證明歐幾裏得平行公理，結果都歸失敗。19世紀，德國數學傢C.F.高高斯、俄國數學傢Η.И.羅巴切夫斯基和匈牙利數學傢J.波爾約等人各自獨立地認識到這種證明是不可能的，也就是說平行公理是獨立於其他公理的，並且可以用不同的“平行公理”替代歐幾裡得平行公理而建立非歐幾何學。高斯關於非歐幾何的信件和筆記在他生前一直沒有公開發表，隻是在1855年他去世後出版時才引起人們的註意。羅巴切夫斯基和波爾約分別在1830年前後發表瞭他們的關於非歐幾何的理論。在這種新的非歐幾何中，替代歐幾裡得平行公理的是羅巴切夫斯基平行公理：在一平面上，過已知直線外一點至少有兩條直線與該直線共面而不相交。由此可以演繹出一系列全新的無矛盾的結論。在這種幾何裡，三角形內角和小於兩直角。當時羅巴切夫斯基稱這種幾何學為虛幾何學，後人又稱為羅巴切夫斯基幾何學，簡稱羅氏幾何，也稱雙曲幾何。
德國數學傢D.希爾伯特於1899年發表瞭著名的《幾何基礎》一書，嚴密地建立瞭歐幾裡得幾何的公理體系，它由五組公理組成，即結合公理、順序公理、合同公理、平行公理及連續公理(見歐幾裡得幾何學)。由結合公理、順序公理、合同公理、連續公理四組公理所建立的體系稱為絕對幾何公理體系。絕對幾何公理體系加上羅氏平行公理，就構成瞭羅巴切夫斯基幾何的公理系統。絕對幾何是歐氏幾何與羅氏幾何的公共部分，也就是說，絕對幾何的全部公理和定理在兩種幾何裡都成立。例如：命題“任意一個三角形內角和不能大於兩個直角”；“在四邊形PQBA中（圖1），如果邊PQ上的兩個內角都是直角（此時稱PQBA為雙直角四邊形）且邊AP≥BQ，則∠A≤∠B，反之亦然。”等等，都是絕對幾何裡的定理。上述後一命題中的雙直角四邊形，若兩邊AP與BQ相等，則稱之為薩開裡四邊形或等腰雙直角四邊形（圖2），∠A、∠B稱為薩開裡四邊形的上底角。於是命題：“薩開裡四邊形上底角不能大於直角”，也是絕對幾何學的定理。這是非歐幾何與歐氏幾何的共同點，它們的不同點，就在於平行公理不同。
羅氏平行公理 它是歐氏平行公理（通過直線外一點隻有一直線與已知直線共面不交）的否定命題，即：“通過直線外的每一點至少有兩條直線與已知直線共面不交。”
羅氏幾何的主要內容 羅氏幾何裡有許多不同於歐氏幾何的定理，例如：
① 共面不交的兩直線，被第三直線所截同位角（或內錯角）不一定相等(圖3)。
② 同一直線的垂線和斜線不一定相交（圖3右圖）。
③ 三角形內角和小於二直角。
④ 兩三角形若有三內角對應相等，則兩三角形必全等（即不存在相似而不全等的三角形）。
⑤ 薩開裡四邊形上底角小於直角。這說明在羅氏平面上不存在矩形。
⑥ 通過不共線三點不一定能作一圓。
⑦ 三角形三條高線不一定相交於一點。
⑧ 通過直線α外一點B有無窮多直線與α共面不交，過B也有無窮多直線與α相交（圖4）。
過點B作BC⊥α於C點，則在BC的一側，在過B與α交與不交的兩類直線中存在一條界線BA，它與α不相交，稱之為直線α沿
方向的平行線，記作：在
方向上，
在
B
C的另一側也有：在
方向上，
且過
B點與
α平行的直線恰此兩條。稱∠
C
B
A為線段
B
C的平行角，線段
B
C為∠
C
B
A的平行距或指針。設線段
B
C的長度
d=
x，∠
C
B
A的角度
μ＝
α（圖
5
），則函數
α＝
π(
x)稱為羅巴切夫斯基函數，簡稱為羅氏函數。
α=
π(
x)是單值單調遞減函數，它可取盡0到
間的一切值，所以它是連續函數。這個函數用初等函數表示出來即是羅氏函數的解析表達式：
π(
x)=2arccote
，其中
k是一個正常數。
⑨ 在羅氏平面上兩直線或相交或沿某方向平行，或既不相交又不沿任何方向平行，後者情況下，稱為分散線或超平行線。任何兩對平行線可以互相疊合。平行線α和b在平行角的一側(平行方向)無限地接近（圖6），而在另一側無限地遠離。
任何一對分散直線，有惟一的公垂線（圖7），且沿此公垂線兩側它們無限地遠離。
⑩ 羅氏平面上下列三種直線的集合均稱為線束。
通過同一點O的一切直線的集合稱為有心線束，點O稱為其中心（圖8）。
垂直於同一直線u的一切直線的集合稱為分散線束，u稱其為底線（圖9）
直線AA′以及平行此直線於方向
的一切直線的集合稱為平行線束，
稱為方向射線（圖10）。
共面二直線α、b上各取一點A、B若AB截割此二直線所成的同側二內角合同，則線段AB稱為α、b二直線的等傾割線，而點A、B稱為α、b的對應點(圖11)。線束中一直線上已知點A及A在線束的直線上的一切對應點的集合是一條連續曲線，稱為圓曲線（當線束有中心O時，點A關於O的對稱點A′也屬此集合）。三種線束對應三種圓曲線：有心線束中一直線上點A及其對應點組成的圓曲線是以線束中心O為圓心，OA為半徑的圓，記為⊙(O，OA)(圖12)；分散線束上的點A及其對應點所組成的圓曲線上各點到底線u的距離相等，稱之為等距線或超圓，記作⊙Г(u，A)（圖13）；平行線束（方向射線
）上的點
A及其對應點組成的圓曲線是⊙(
O，
O
A)。當
O沿
無限遠離
A時的極限位置，稱之為極限線或擬圓，記作⊙
Ω(
，
A)（圖14）。
⑪ 空間二直線的關系或是共面，或是異面。共面又有相交、平行、分散三種情況；異面即不在同一平面上。
一直線集合若包含兩兩共面但不全共面的一切直線稱之為一個線把或線叢。空間線把有三種類型：
通過同一點O的一切直線稱有心線把，O為其中心。
垂直於同一平面σ的一切直線稱分散線把，σ為其底面（圖15）。
平行於同一直線於方向
的一切直線稱平行線把，
為其方向射線（圖16）。
在一線把中，一直線上已知點A及A在線把中直線上一切對應點的集合稱為球曲面（當線把有中心O時，A關於O的對稱點A′也屬此集合）。線把為有心線把時，此球曲面即為以O為球心，OA為半徑的球面；線把為分散線把時，此球曲面稱為等距曲面或超球面；線把為平行線把時，此球曲面稱為極限曲面或擬球面。
此外，在羅氏幾何中還可以研究球曲面上的內在(內蘊)幾何。極限曲面上的幾何是歐氏幾何；等距面上的幾何是羅氏幾何。
羅氏幾何裡有著與歐氏幾何完全不同的刻畫三角形邊角關系的正弦定理和餘弦定理。例如對於直角三角形來說，如果用A、B、C表示三內角，其C是直角，它們所對的邊長分別為α、b、c，那麼成立如下關系：
而對於斜三角形有正弦定理：
以及餘弦定理：
式中
k是一個正常數，表示曲率半徑；sinh、cosh、tanh、coth，分別是雙曲正弦、雙曲餘弦、雙曲正切、雙曲餘切。
利用上面這一套三角公式，同樣地可以將非歐平面坐標化，然後用解析方法來研究各種非歐幾何的問題，這就是非歐解析幾何學。
橢圓幾何 繼羅氏幾何後，德國數學傢 B.黎曼在1854年又提出瞭既不是歐氏幾何又不是羅氏幾何的新的非歐幾何學。這種幾何采用公理“同一平面上的任何兩直線一定相交”代替歐幾裡得平行公理，並對歐氏幾何中其餘公理的一部分作瞭改動，在這種幾何裡，三角形內角和大於二直角。這種非歐幾何學又稱橢圓幾何，它和球面幾何學沒有太大的差別，如果把球面的對頂點看成同一點，就得到這種幾何學。
非歐幾何的應用及發展 對於非歐幾何的承認是在其創造者死後才獲得的。意大利數學傢E.貝爾特拉米在1866年的論著《非歐幾何解釋的嘗試》一文中，證明瞭非歐平面幾何(局部)實現在普通歐氏空間裡，作為偽球面，即負常數高斯曲率的曲面上的內在幾何，這樣，非歐幾何的相容性問題與歐氏幾何相容性的事實就一樣清晰明瞭。德國數學傢F.克萊因在1871年首次認識到從射影幾何中可推導出度量幾何，並建立瞭非歐平面幾何（整體）的模型。這樣，非歐幾何相容性問題就歸結為歐氏幾何的相容性問題，這些結果最終使非歐幾何獲得瞭普遍的承認。
非歐幾何的創建打破瞭歐氏幾何的一統天下，從根本上革新和拓廣瞭人們對幾何學觀念的認識。1872年，克萊因從變換群的觀點對各種幾何學進行瞭分類，提出著名的埃爾朗根綱領，這個綱領對於幾何學的進一步發展曾經發生重大影響。
非歐幾何的創建導致人們對幾何學基礎的深入研究。希爾伯特於1899年建立瞭歐氏幾何的公理體系。繼幾何學之後，數學傢們又建立並研究瞭如算術、數理邏輯、概率論等一些數學學科的公理系統。這樣形成的公理化方法已成為現代數學的重要方法之一。
非歐幾何學的創建不僅推廣瞭幾何學觀念，而且對於物理學在20世紀初期所發生的關於空間和時間的物理觀念的改革也起瞭重大作用。非歐幾何學首先提出瞭彎曲的空間，它為更廣泛的黎曼幾何的產生創造瞭前提，而黎曼幾何後來成瞭愛因斯坦廣義相對論的數學工具。A.愛因斯坦和他後繼者在廣義相對論的基礎上研究瞭宇宙的結構。按照相對論的觀點，宇宙結構的幾何學不是歐幾裡得幾何學而是接近於非歐幾何學。許多人采用瞭非歐幾何學作為宇宙的幾何模型。
非歐幾何學在數學的一些分支中有著重要的應用，它們互相滲透促進著各自的發展。H.龐加萊利用復平面上作出的羅巴切夫斯基幾何模型證明瞭自導函數的基本區域是一些互相合同的多邊形。這個結果對於建立自導函數理論有重要的作用。從一個已知的負常數高斯曲率曲面出發，可以通過經典的巴克倫德變換構造出新的負常數高斯曲率曲面，這個方法對於求解正弦戈登方程提供瞭從一個特解構造新的特解的有效方法。20世紀70年代以來，人們又註意到巴克倫德變換以及它的各種推廣是研究一大類在物理上有重要作用的非線性偏微分方程的重要工具。