バンダイナムコエンターテインメントより2015年4月2日に発売されたPlayStation 3/PlayStation VIta用シミュレーションRPG。
スーパーロボット大戦シリーズの一つで、『スーパーロボット大戦Z』『第2次スーパーロボット大戦Z』の続編。2014年に発売された前編の『第3次スーパーロボット大戦Z 時獄篇』との2部構成となっている。本作でスーパーロボット大戦Zシリーズは完結する。
PS3版とPS Vita版のクロスセーブに対応。
初回限定封入特典として、『時獄篇』から『天獄篇』への橋渡しとなる新作オリジナルストーリー、『第3次スーパーロボット大戦Z 連獄篇』(全15話)をダウンロードできるプロダクトコードが付属する。『連獄編』は単体で発売することはないとされている。
★はシリーズ初参戦作品