Učení s dohledem (Supervised Learning) představuje historicky nejstarší a nejrozšířenější metodu trénování modelů. Algoritmus pracuje s datovou sadou, která obsahuje vstupní vektory a odpovídající cílové labely, čímž dochází k minimalizaci chybové funkce během iterativního procesu.
Tento přístup je klíčový pro úlohy regrese a klasifikace. V evoluci výpočetních metod, jak je popsáno v sekci Evoluce výpočetních metod, tvořilo učení s dohledem základ pro první expertní systémy. Dnes se využívá především v prediktivní analytice a diagnostice.