宇宙の単位体積当たりの光度のこと。いわば宇宙空間の明るさである。光度には、（観測者が指定する）あるバンドにおける光度（正確には単位周波数当たりの光度）が用いられ、体積には共動体積が用いられる。ある赤方偏移における光度密度は、その赤方偏移での銀河の光度関数に光度を掛けて積分することで得られる。いろいろな波長で光度密度を求めれば、宇宙を満たす光のおおまかなスペクトルが描ける。
光度密度を視線方向に現在から過去まで（宇宙膨張の効果を考慮して）足し合わせると、宇宙背景放射が得られる。光度密度に似た量として、質量密度や星生成率密度などがある。