Автомоби́льный дви́гатель, двигатель, преобразующий какую-либо энергию в механическую работу, необходимую для приведения в движение автомобиля. В качестве автомобильного двигателя могут использоваться двигатели внутреннего сгорания (ДВС), двигатели внешнего сгорания (паровые и двигатели Стирлинга), двигатели, использующие энергию предварительно раскрученного маховика или энергию газа, находящегося под давлением, а также электродвигатели. В современных автомобилях преимущественно используются ДВС.

По конструкции ДВС разделяют на поршневые и роторные. Большинство автомобильных двигателей – поршневые. Поршневые ДВС различаются по числу и расположению цилиндров (рядные, с противолежащими цилиндрами, V-образные и W-образные), по рабочему объёму (литражу), назначению и т. п. Число цилиндров поршневых ДВС – от 1 до 16. Одноцилиндровые двигатели характеризуются высокой неравномерностью при работе и на автомобилях устанавливаются редко. Увеличение числа цилиндров повышает равномерность работы двигателя и плавность хода автомобиля, но увеличивает потери на трение, поэтому двигатели с числом цилиндров больше 12 применяют редко.

По характеру рабочего процесса поршневые ДВС могут быть четырёх- и двухтактными, а по способу воспламенения топлива – с воспламенением от искры (называемые также бензиновыми) и с воспламенением от сжатия (дизели). Большинство автомобильных двигателей четырёхтактные. Для работы ДВС топливо должно быть смешано с воздухом в определённом соотношении. В бензиновых ДВС процесс смесеобразования может происходить вне цилиндров двигателя (в карбюраторе) или непосредственно внутри цилиндров (двигатели с непосредственным впрыском бензина). В двигателях современных автомобилей карбюратор практически вытеснен инжекторами. Для воспламенения топлива в бензиновых двигателях используется свеча зажигания; в дизелях распылённое топливо самовоспламеняется при впрыскивании в цилиндры. Дизельные автомобильные двигатели имеют лучшую топливную экономичность, но они дороже в производстве, тяжелее и более шумные. Наиболее распространены дизели на большегрузных автомобилях. Увеличению числа легковых автомобилей с дизелями способствует появление новых систем питания дизелей c электронным управлением, что дало возможность уменьшить шумность, снизить дымность автомобилей и т. д. Для снижения содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС используются каталитические нейтрализаторы. Двигатели газобаллонных автомобилей выбрасывают в атмосферу меньшее количество вредных веществ. Газ для питания таких двигателей может находиться в сжиженном или сжатом состоянии. В качестве сжиженных газов обычно используют смесь пропана и бутана. Основной составляющей сжатых газов является метан. Перед подачей в цилиндры ДВС давление газа уменьшается с помощью редукторов, а сжиженные газы переводятся в газообразное состояние в специальном устройстве – испарителе. Перспективным топливом для автомобилей является водород. Автомобильные двигатели, использующие в качестве топлива водород (некоторые автомобили BMW), практически не загрязняют атмосферу. 

Основными показателями, характеризующими автомобильный двигатель являются мощность и крутящий момент, а также их зависимость от оборотов вала двигателя. Для повышения мощности ДВС без увеличения рабочего объёма используется наддув. В автомобильных двигателях применяют механический наддув и турбонаддув, при котором для работы турбонагнетателя используется энергия выхлопных газов. Мощность автомобильного двигателя от 2,5 кВт (малолитражный автомобиль) до 800 кВт и более (болид «Формулы-1»). 

Совершенствование конструкции поршневых ДВС, используемых в качестве автомобильных двигателей направлено на увеличение их мощности и уменьшение габаритов и массы при одновременном улучшении топливной экономичности и снижении токсичности. Этому способствует как совершенствование технологий изготовления ДВС, так и улучшение конструкций. Широко применяются двигатели с изменяемыми фазами газораспределения и переменной длиной впускных трубопроводов. Существуют двигатели, в которых имеется возможность отключать отдельные цилиндры с целью экономии топлива, и двигатели без дроссельной заслонки, но с изменяемой степенью открытия клапанов. Перспективно использование ДВС с изменяемой степенью сжатия и замена механического привода клапанов на электрический. 

Уменьшение мировых запасов нефти и постоянный рост цен на топливо стимулируют разработку альтернативных источников энергии для автомобилей. Выпускаются гибридные автомобили, в которых для привода ведущих колёс автомобиля, наряду с ДВС, применяют электродвигатели. Перспективно также использование топливных элементов, которые эффективно вырабатывают электрический ток. В качестве двигателей для таких автомобилей используются малогабаритные электродвигатели. Использование таких конструкций позволяет снизить массу автомобиля, улучшить экономичность и решить проблему выбросов вредных веществ в атмосферу.