Avec le xxie siècle, la photographie est entrée dans l’ère numérique. La surface sensible, négative ou positive, dont l’image est révélée chimiquement, est remplacée par un capteur photosensible. Chaque image est délivrée par l’appareil sous la forme d’un fichier numérique, exploitable au moyen d’un ordinateur personnel ou professionnel, mais qui peut aussi donner lieu au tirage d’une épreuve photographique sur un support papier, à des bornes automatiques payantes placées dans certains magasins.
La photographie numérique ouvre toutes sortes de possibilités nouvelles : le même fichier peut en effet donner lieu à une image en couleurs ou noir et blanc, ou présentant tout contraste ou toute tonalité (trait, sépia…). Lors de la prise de vue, le photographe dispose d’une très grande autonomie (jusqu’à plusieurs milliers de vues sur le même support numérique) et peut modifier sensibilité et ton de l’image à volonté. Les appareils numériques donnent aussi la possibilité de capter des images animées (vidéographie) avec le son ambiant. Les appareils sont en général devenus plus petits, tout en offrant des possibilités techniques et une souplesse très supérieures à celles de leurs prédécesseurs argentiques, pour un niveau de qualité équivalent, bien que le rendu soit différent (le grain n’est pas le même, les effets de moiré ne sont pas rendus de la même façon…), mais à un coût très inférieur : le prix d’un support numérique, minuscule, à grande capacité et réinscriptible donc réutilisable en théorie à l’infini, est équivalent à celui de quelques rouleaux argentiques, à usage unique et spécialisé (un rouleau égale une sensibilité et ou bien la couleur, ou bien le noir et blanc), et ne fournissant que quelques dizaines d’images.
Toutes les retouches sont envisageables : recadrage, colorimétrie, contraste, netteté… et jusqu’au contenu même de l’image (ajout/suppression de personnes ou d’objet, modification de l’apparence physique d’une personne, etc…). Les images peuvent être sauvegardées sur un support numérique quelconque, être envoyées en pièce jointe à un courrier électronique, faire l’objet d’un tirage papier dans le commerce ou à domicile…
L’évolution actuelle semble condamner la technique argentique à ne subsister que sous forme d’expression purement artistique 
pratiquée par quelques rares amateurs.
Les techniques informatiques permettent de transformer une image en une série de points, les pixels, dont les caractéristiques sont exprimées par des nombres. Grâce à cette numérisation, il est possible de reconstruire l’image à volonté sur des périphériques informatiques adaptés : on peut ainsi la traiter avec des logiciels de développement et retouche puis l’imprimer ou la diffuser au format numérique.
La difficulté rencontrée avec cette technologie, qui marque une rupture complète avec les procédés physico-chimiques initiaux, se situe dans la conception des capteurs électroniques de l’image qui remplacent le film. La résolution de ces derniers, le nombre de pixels d’une image qu’ils sont capables de générer et la sensibilité évoluent très rapidement. Le nombre de photosites par millimètre carré joue un rôle non négligeable, même si, comme pour les anciennes techniques, la qualité de l’image finale dépend de nombreux autres paramètres, comme la taille du capteur, en rapport avec le pouvoir séparateur des optiques employées. En utilisant une même optique, un capteur 12 millions de pixels plein format aura une bien meilleure qualité d’image qu’un capteur d’appareil compact numérique ayant le même nombre de pixels.
La photographie numérique permet de disposer instantanément et en grand nombre du résultat pour l’évaluer, le transmettre ou le diffuser ; elle permet aussi de retraiter et retoucher les images avec un ordinateur et un logiciel de traitement d’image. Ces logiciels permettent une grande liberté de création, allant de la simple correction de lumière, de contraste ou de couleur à la retouche et la composition d’images.
La plupart des appareils bon marché souffrent d’une latence entre le moment où on appuie sur le déclencheur et celui où la photo est prise ce peut nuire au naturel de la photo.
Les réseaux de communication, internet et les services communautaires de photo en ligne apparus depuis 2003, ont déployé les possibilités d’usage de la photo 
numérique. Avec les blogs et les services de partage de photographies comme Pikeo, Flickr,deviantART ou encore Piixeo, les photographes internautes disposent d’outils et de services permettant de communiquer, d’échanger et d’exposer leurs photos numériques, autant dans la sphère privée ou communautaire qu’à l’échelle planétaire. Les services offrent des possibilités d’exploitation en ligne considérables : gestion des contacts, diaporamas, localisation géographique, etc. Les artistes et professionnels y trouvent leur compte avec des audiences importantes pouvant dépasser n’importe quel lieu d’exposition physique.