Sơ đồ tình huống sử dụng (tiếng Anh Use case diagram) mô tả sự tương tác đặc trưng giữa người dùng và hệ thống. Sơ đồ này thể hiện các ứng xử của hệ thống đối với bên ngoài, trong một hoàn cảnh nhất định, xét từ quan điểm của người sử dụng. Nó mô tả các yêu cầu đối với hệ thống, có nghĩa là những gì hệ thống phải làm chứ không phải mô tả hệ thống làm như thế nào. Tập hợp tất cả các sơ đồ tình huống sử dụng của hệ thống thể hiện tất cả các trường hợp mà hệ thống có thể được sử dụng.

Một sơ đồ tình huống sử dụng có thể có những biến thể. Mỗi một biến thể được gọi là một kịch bản (scenario). Phạm vi của sơ đồ thường được giới hạn bởi các hoạt động mà người dùng thực hiện trên hệ thống trong một chu kì hoạt động để thực hiện một sự kiện nghiệp vụ.