同源染色體是在二倍體生物細胞中,形態、結構基本相同的染色體。一對同源染色體在受精時配對,其中一個來自母方,另一個來自父方,故名稱中的同源並非指兩條染色體來自同一名親代(同源的英文homologous也有同型、對應的意思)。同源染色體在減數第一次分裂(參考減數分裂)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)最後分開到不同的生殖細胞(即精子、卵細胞/極核)的一對染色體。儘管XY染色體僅部分同源,但因其能在減數分裂過程中發生聯會,因此一般認為XY染色體也是同源染色體。
不屬於同一對的染色體稱為非同源染色體。