Karta graficzna jest układem elektronicznym, którego zadaniem jest odwzorowanie fragmentu pamięci komputera jako obraz na ekranie monitora. Obszar pamięci, w którym przechowywane są dane graficzne aktualnie wyświetlanego obrazu, nazywany jest pamięcią obrazu lub buforem ramki [ang. framebuffer].

Zadaniem karty graficznej jest przetworzyć odczytaną zawartość tej pamięci i przesłanie jej w postaci cyfrowej do monitora za pomocą złącza cyfrowego, lub konwersję tego sygnału cyfrowego na analogowy sygnał RGB zrozumiały dla monitorów z analogowym złączem. Karta graficzna nie musi zawierać przetwornika cyfrowo-analogowego, jeżeli nie posiada złącza D-SUB. Wówczas monitor podłączany jest łączem cyfrowym DVI lub HDMI.

Na uproszczonym schemacie blokowym karty graficznej przestawiono kierunek przepływu danych w karcie graficznej.

Wczesne karty graficzne wyświetlały obraz wyłącznie w trybie tekstowym. Nie były w stanie wykonać nic więcej jak wyświetlanie na ekranie znaków alfabetu łacińskiego, które definiowane były za pomocą generatora znaków umieszczonego w pamięci karty. Standard MDA umożliwiał wyświetlenie 25 linii po 80 znaków w każdej z nich. Kolejne generacje kart wprowadziły tryb graficzny, dzięki czemu na ekranach pojawiły się piksele. Znaczącym krokiem w technice kart graficznych było pojawienie się w 1981 r. karty CGA (Color Graphics Adapter). Karta opracowana przez firmę IBM pozwalała na wyświetlenie obrazu o maksymalnie 16 kolorach i rozdzielczości 160 x 100 pikseli lub 320 x 200 pikseli z korzystaniem 4 barw. Kolejnym standardem była karta EGA (Enhanced Graphics Adapter) oraz w 1987 r. VGA (Video Graphics Array), który umożliwiał wyświetlenie obrazu w maksymalnie 256 kolorach dla rozdzielczości 320 x 200 pikseli oraz rozdzielczość 640 x 400 pikseli.

Pierwsze karty graficzne trzymały dane graficzne ekranu w zwykłej pamięci RAM. Takie rozwiązanie było jednak zbyt wolne, gdyż przetwornik RAMDAC otrzymywał dane do przetwarzania zbyt wolno, aby wygenerować płynny obraz. Dlatego do kart graficznych powstały specjalnego typu pamięci VRAM. Pamięci tego te posiadają podwójne buforowanie, które umożliwia jednoczesny zapis i odczyt danych. Zatem Kiedy procesor karty zapisuje dane, przetwornik RAMDAC może pobrać wcześniej przygotowane dane, aby przetworzyć je do wyświetlenia. Obecne pamięci posiadają potrójne, a nawet poczwórne buforowanie w celu uzyskania płynnego obrazu większej rozdzielczości i z większą ilością ramek (obrazów) w ciągu sekundy. Pamięci kart graficzny mogą używać szyny danych o szerokości 128 bitów, co dodatkowo przyspiesza zapis i odczyt dużych ilości danych.