Mikrobiologiya (yun. mikros – kiçik, bios – həyat, logos – elm) – biologiyanın mikroorqanizmləri (bakteriyalar, viruslar, göbələklər, protozoa və mikroskopik yosunlar) öyrənən bölməsidir. Bu elm sahəsi mikroorqanizmlərin strukturunu, fiziologiyasını, genetikasını, təkamülünü, təsnifatını, onların mühiti ilə qarşılıqlı əlaqələrini, eləcə də insan, heyvan və bitki həyatındakı rolunu araşdırır.
Mikrobiologiya geniş və çoxşaxəli bir elmdir. Onun tədqiqat predmeti olduqca müxtəlifdir və təbabət, kənd təsərrüfatı, sənaye, ekologiya və digər sahələrlə sıx bağlıdır. Məsələn, tibbi mikrobiologiya infeksion xəstəliklərin törədicilərini, onların patogenezini, diaqnostikasını və müalicəsini öyrənir; kənd təsərrüfatı mikrobiologiyası torpaq münbitliyinin artırılması, bitki xəstəliklərinin qarşısının alınması və bioloji mübarizə üsullarının inkişafı ilə məşğul olur; sənaye mikrobiologiyası isə fermentasiya prosesləri, antibiotiklər, vitaminlər və digər faydalı maddələrin istehsalı ilə əlaqədardır. Ekoloji mikrobiologiya isə mikroorqanizmlərin biosferdəki rolunu, maddələr dövranında iştirakını və ətraf mühitin mühafizəsində əhəmiyyətini araşdırır.
Mikrobiologiyanın inkişafında Lui Paster, Robert Koh, Aleksandr Fleming kimi alimlərin əvəzsiz xidmətləri olub. Onların kəşfləri tibb, səhiyyə, kənd təsərrüfatı və digər sahələrdə inqilabi dəyişikliklərə səbəb olmuşdur. Müasir mikrobiologiya molekulyar biologiya, genetika və bioinformatika kimi müasir elmlərlə sıx inteqrasiya olunaraq sürətlə inkişaf edir və yeni kəşflərə imza atır.
Mikrobiologiya termini elmin özü qədər geniş və çoxmənalıdır. Onun müxtəlif sahələrində çalışan mütəxəssislər - bakterioloqlar, virooloqlar, mikoloqlar, protozooloqlar və s. - mikroorqanizmlərin müəyyən qruplarını və ya onların həyat fəaliyyətinin spesifik aspektlərini öyrənirlər. Buna görə də "mikrobiologiya" termini həm ümumi bir elmi sahəni, həm də onun konkret bölmələrini ifadə edə bilər.