同源染色體（外文名：homologous chromosomes）是在二倍體生物細胞中，形態、結構基本相同的染色體，并在減數第一次分裂的四分體時期中彼此聯會（若是三倍體及其他奇數倍體生物細胞，聯會時會發生紊亂），最后分開到不同的生殖細胞的一對染色體，這一對染色體其中的一個來自母方，另一個來自父方。
同源染色體（homologous chromosomes）是有絲分裂中期看到的長度和著絲點位置相同的兩個染色體，或減數分裂時看到的兩兩配對的染色體。同源染色體一個來自父本，一個來自母本；它們的形態、大小和結構相同。由于每種生物染色體的數目是一定的，所以它們的同源染色體的對數也一定。例如豌豆有14條染色體，7對同源染色體。同源染色體上常含有不同的等位基因，減數分裂時又進行了交換并隨機地分配到不同的性細胞中去，這對于遺傳重組有重要意義。
正常細胞中，一對同源染色體若表示為由兩條染色體A、B組成，在減數分裂中變成“AA`”組和“BB`”組，兩組聯會形成四分體；有絲分裂中變成“AA`”組和“BB`”組，但兩組不聯會，在有絲分裂中期染色體的著絲點整齊排列在赤道板上，著絲點分開后染色體平均分配到兩個子細胞。