Thí nghiệm dài hạn (tiếng Anh: Long-term experiment) là một loại thí nghiệm được tiến hành theo một chu kỳ dài hạn, thường để kiểm chứng một giả thiết hoặc quan sát một hiện tượng xảy ra với một tốc độ rất chậm, khó quan sát trong thời gian ngắn. Các thí nghiệm này được lặp đi lặp lại theo hàng năm (hoặc hàng kỳ) trong vòng nhiều năm, có thể hàng chục hoặc hàng trăm năm.
Có rất nhiều thí nghiệm dài hạn được thực hiện trong nông nghiệp, những thí nghiệm dài nhất có thể kéo dài hàng trăm năm, tuy nhiên những thí nghiệm dài hạn ngăn hơn cũng có thể thỏa mãn nguyên tắc của một thí nghiệm dài hạn.