Опти́ческая систе́ма, совокупность скомбинированных определённым образом оптических элементов (линз, призм, плоскопараллельных пластинок, зеркал, дифракционных решёток, поляризаторов и т. п.), осуществляющая пространственное перераспределение световой энергии. Служит для преобразования световых потоков главным образом с целью формирования оптических изображений (например, объективы, окуляры, проекционные системы), создания требуемого распределения освещённости (осветительные системы, зеркала прожекторов и т. п.), разделения излучения в пространстве на спектральные составляющие (оптические системы спектральных приборов). К числу основных характеристик оптической системы относятся фокусные расстояния, линейное и/или угловое увеличение, светосила, апертура, масштаб оптического изображения, размеры аберраций (сферической, хроматической, астигматизма и др.).

Оптические системы являются обязательной частью оптических и оптико-электронных приборов и устройств. Широкое распространение оптические системы получили в лазерной технике (оптические резонаторы). Интенсивно развиваются направления, связанные с созданием оптических систем на основе тонкоплёночных или канальных волноводов (см. интегральная оптика), волоконных световодов (см. волоконная оптика), градиентных оптических элементов и др.; в таких оптических системах, наряду с оптическими, могут использоваться акусто-, электро- и магнитооптические элементы, в том числе нелинейные. Особую разновидность оптических систем представляют элементы голографической техники, нелинейной и адаптивной оптики.

Расчёт оптических систем осуществляется, как правило, вычислительными методами.