Hệ điều hành (tiếng Anh: Operating system, viết tắt: OS) là phần mềm hệ thống quản lý tài nguyên phần cứng máy tính, phần mềm và cung cấp các dịch vụ chung cho các chương trình máy tính.
Đối với các chức năng phần cứng như đầu vào, đầu ra và cấp phát bộ nhớ, hệ điều hành đóng vai trò quan trọng giữa các chương trình và phần cứng máy tính, mặc dù mã ứng dụng thường được thực thi trực tiếp bởi phần cứng và thường thực hiện các lệnh hệ thống đến Chức năng hệ điều hành hoặc bị hệ điều hành làm gián đoạn. Hệ điều hành được tìm thấy trên nhiều thiết bị có máy tính – từ điện thoại di động và bảng điều khiển trò chơi điện tử đến máy chủ web và siêu máy tính, cung cấp một môi trường cho phép người sử dụng phát triển và thực hiện các ứng dụng của họ một cách dễ dàng.
Hệ điều hành chia sẻ thời gian lập lịch cho các tác vụ để sử dụng hệ thống một cách hiệu quả và cũng có thể bao gồm phần mềm kế toán để phân bổ chi phí thời gian xử lý, lưu trữ dung lượng lớn, in ấn và các tài nguyên khác.
Hệ điều hành máy tính để bàn phổ biến nhất là hệ điều hành Microsoft Windows với thị phần khoảng 76,45%. macOS của Apple Inc. đứng ở vị trí thứ hai (17,72%), và các loại hệ diều hành Linux được xếp chung ở vị trí thứ ba (1,73%). Trong lĩnh vực di động (bao gồm cả điện thoại thông minh và máy tính bảng), thị phần của Android lên đến 72% vào năm 2020. Theo dữ liệu Quý III năm 2016, thị phần của Android trên điện thoại thông minh đang chiếm ưu thế với 87,5% với tốc độ tăng trưởng 10,3% mỗi năm, tiếp theo là iOS của Apple với 12,1% với thị phần giảm 5,2% mỗi năm, trong khi các hệ điều hành khác chỉ 0,3%. Các bản phân phối Linux đang chiếm ưu thế trong lĩnh vực máy chủ và siêu máy tính. Các lớp hệ điều hành chuyên biệt khác cũng được tạo ra để phục vụ cho các ứng dụng như các hệ thống nhúng và thời gian thực.