Proto-indoeurooppalainen mytologia on proto-indoeurooppalaisiin, rekonstruoidun proto-indoeurooppalaisen kielen hypoteettisiin puhujiin, liittyvien myyttien ja jumaluuksien kokonaisuus. Vaikka mytologisia motiiveja ei ole suoraan todistettu - koska proto-indoeurooppalaiset puhujat elivät kirjallisuutta edeltävissä yhteiskunnissa - vertailevan mytologian tutkijat ovat rekonstruoineet yksityiskohtia periytyneiden yhtäläisyyksien perusteella.Indoeurooppalaisista kielistä löydettyihin uskomuksiin, jotka perustuvat oletukseen, että osa proto-indoeurooppalaisten alkuperäisistä uskomusjärjestelmistä on säilynyt tytärperinteissä.

Proto-indoeurooppalaiseen panteoniin kuuluu useita varmasti rekonstruoituja jumaluuksia, koska ne ovat sekä kognateja - kielellisiä sisaruksia yhteisestä alkuperästä - että niihin liittyy samankaltaisia attribuutteja ja samanlaisia myyttejä: kuten *Dyḗws Ph₂tḗr, päivänvalon ja taivaan jumala, hänen puolisonsa *Dʰéǵʰōm, maan äiti, hänen tyttärensä *H₂éwsōs, aamunkoiton jumalatar, hänen poikansa jumalalliset kaksoset ja *Seh₂ul, auringonjumalatar.Joitakin jumaluuksia, kuten sääjumala *Perkʷunos tai paimentolaisjumala *Péh₂usōn, esiintyy vain muutamassa traditiossa - länsieurooppalaisessa (eurooppalaisessa) ja kreikkalais-arjalaisessa - ja ne saattavat siksi olla myöhäisiä lisäyksiä, jotka eivät levinneet indoeurooppalaisiin murteisiin.

Jotkin myytit on myös varmuudella ajoitettu proto-indoeurooppalaiselle ajalle, koska niissä on sekä kielellisiä että temaattisia todisteita periytyvästä motiivista: tarina, jossa kuvataan myyttinen hahmo, joka liittyy ukkoseen ja tappaa monipäisen käärmeen vapauttaakseen aiemmin kasaantuneet vesivirrat; luomismyytti, johon liittyy kaksi veljestä, joista toinen uhraa toisen luodakseen uuden maailman.ja luultavasti uskomus, että tuonpuoleista maailmaa vartioi vahtikoira ja että sinne pääsi vain ylittämällä joen.

Vertailevassa rekonstruktiossa käytetyt tärkeimmät mytologiat ovat indo-iranilainen, balttilainen, roomalainen ja norjalainen mytologia, jota usein tuetaan myös kelttiläisen, kreikkalaisen, slaavilaisen, heettiläisen, armenialaisen, illyrialaisen ja albanialaisen perinteen todisteilla.

Yksi varhaisimmista todistetuista ja siten yksi tärkeimmistä kaikista indoeurooppalaisista mytologioista on vedalainen mytologia, erityisesti Rigvedan mytologia, joka on vanhin Vedoista. Varhaiset vertailevan mytologian tutkijat, kuten Friedrich Max Müller, korostivat vedalaisen mytologian merkitystä siinä määrin, että he käytännössä rinnastivat sen proto-indoeurooppalaisiin myytteihin. Nykytutkijatovat olleet paljon varovaisempia ja tunnustaneet, että vaikka vedainen mytologia on edelleen keskeinen, myös muut mytologiat on otettava huomioon.

Toinen tärkeimmistä vertailevan tutkimuksen lähdemytologioista on roomalainen mytologia. Roomalaisilla oli hyvin monimutkainen mytologinen järjestelmä, josta osa on säilynyt roomalaisille ominaisen taipumuksen kautta rationalisoida myytit historiallisiksi kertomuksiksi. Huolimatta suhteellisen myöhäisestä todistuksesta, norjalaista mytologiaa pidetään edelleen yhtenä kolmesta tärkeimmästä mytologiasta.Indoeurooppalaisten mytologioiden vertailevaa tutkimusta varten, koska islantilaisen aineiston määrä on suuri.

Myös balttilainen mytologia on saanut paljon tieteellistä huomiota, sillä se on kielellisesti kaikkein konservatiivisin ja arkaaisin kaikista säilyneistä haaroista, mutta se on toistaiseksi jäänyt tutkijoille turhauttavaksi, koska lähteet ovat niin verrattain myöhäisiä. Latvialaisia kansanlauluja pidetään kuitenkin tärkeimpänä tietolähteenä proto-indoeurooppalaisen myytin rekonstruoinnissa. Huolimatta siitä ettäkreikkalaisen mytologian suosio länsimaisessa kulttuurissa,kreikkalaisella mytologialla ei yleensä katsota olevan juurikaan merkitystä vertailevassa mytologiassa, koska esikreikkalaisten ja Lähi-idän kulttuurien vaikutus on suuri, mikä peittää alleen sen vähäisen indoeurooppalaisen aineiston, joka siitä voidaan poimia. Näin ollen kreikkalaiseen mytologiaan kiinnitettiin vain vähän huomiota 2000-luvun ensimmäiselle vuosikymmenelle asti.

Vaikka skyyttejä pidetään suhteellisen konservatiivisina proto-indoeurooppalaisiin kulttuureihin nähden, sillä he säilyttivät samankaltaisen elämäntavan ja kulttuurin, heidän mytologiaansa on hyvin harvoin tarkasteltu indoeurooppalaisessa kontekstissa, ja harvoin on keskusteltu indoeurooppalaisen mytologian esi-isien luonteesta. Ainakin kolmea jumalhahmoa, Tabiti, Papaios ja Api, tulkitaan yleensä niin, että niillä onIndoeurooppalaista alkuperää, kun taas loput ovat saaneet osakseen hajanaisempia tulkintoja. Siperialaisen, turkkilaisen ja jopa Lähi-idän uskomusten vaikutuksesta keskustellaan kirjallisuudessa laajemmin.