Кле́точная биоло́гия, наука о физико-химических основах строения клетки, структуре, функции её мембранных компонентов, о работе её генетического аппарата, механизмах и путях внутриклеточного перемещения белков и роли в этих процессах мембран и цитоскелета, о принципах структурной организации обменных процессов, о сигнальных механизмах внутри- и межклеточных взаимодействий; предметом изучения клеточной биологии являются также особенности жизненного цикла клеток и его регуляции, молекулярные и структурные основы митоза и мейоза, а также особенности репарации, структурные и молекулярно-биологические изменения клеток при их необратимых повреждениях и запрограммированной клеточной смерти (апоптозе).

Впервые термин «клеточная биология» использован в 1884 г. французским учёным Ж.-Б. Карнуа в монографии, обобщающей сведения о клетке («La biologie cellulaire»). Однако вплоть до середины 20 в. в отечественной научной литературе для определения морфологической науки о строении клетки употреблялся термин цитология, основным методом исследования которой была световая микроскопия, позволившая получить важнейшие сведения о компонентах клеток и их функциях. С 1950-х гг. благодаря успехам физики и химии в цитологии начали применяться методы, давшие возможность изучать клетку также на молекулярном уровне. Именно в этот период возродился термин «клеточная биология», который отражал формирование новой комплексной синтетической науки о клетке. Объединение усилий и интересов исследователей классической биохимии, молекулярной биологии, генетики и собственно цитологии, использующих электронную микроскопию для изучения субклеточных структур, новые методы молекулярной биологии, иммунохимии, молекулярно-генетического анализа и др., позволило раскрыть пути межклеточных взаимоотношений в многоклеточных организмах и особенности специализации (дифференцировки) различных клеток. В связи с применением приёмов молекулярной биологии для решения широкого круга вопросов клеточной биологии её часто называют молекулярной клеточной биологией.

Современная клеточная биология, объединяющая многие научные направления, не только приблизилась к завершению изучения физиологии клетки как таковой, но и сохранила и укрепила основные положения классической цитологии и клеточной теории. Достижения клеточной биологии широко используются для решения общебиологических задач, в медицине, сельском хозяйстве.