光合成（こうごうせい／ひかりごうせい、英：photosynthesis）とは、主に植物や植物プランクトン、藻類など光合成色素をもつ生物が行う、光エネルギーを化学エネルギーに変換する生化学反応のことである。光合成生物は光から変換した化学エネルギーを使って水と空気中の二酸化炭素から炭水化物（糖類：例えばショ糖やグルコースやデンプン）を合成している。また、光合成は水を分解する過程で生じた酸素を大気中に供給している（詳細は後述）。年間に地球上で固定される二酸化炭素は約10¹⁴kg、貯蔵されるエネルギーは10¹⁸kJと見積もられている<ref name=VOET>『ヴォート生化学 第3版』　DONALDO VOET・JUDITH G.VOET 田宮信雄他訳　東京化学同人　2005.2.28</ref>。

「光合成」という名称を初めて使ったのはアメリカの植物学者チャールズ・バーネス（1893年）である<ref name=Newton>『Newton 2008年4月号』　水谷仁　ニュートンプレス　2008.4.7</ref>。

かつては炭酸同化作用（たんさんどうかさよう）とも言ったが現在はあまり使われない。