Thuộc địa hoá không gian là việc tiến hành xây dựng các thuộc địa giúp con người có thể định cư bên ngoài Trái Đất. Hoạt động bao gồm chiếm đóng, sở hữu và khai thác các thiên thể ngoài vũ trụ như các hành tinh, tiểu hành tinh hay chỉ là thiên thạch.
Đến nay, vẫn chưa có thuộc địa nào được xây dựng bên ngoài Trái Đất. Việc xây dựng một thuộc địa không gian vẫn là thách thức lớn về công nghệ và kinh tế của nhân loại. Các khu định cư không gian sẽ phải cung cấp gần như tất cả (hoặc tất cả) nhu cầu vật chất của hàng trăm hoặc hàng ngàn con người trong môi trường không gian vô cùng nguy hiểm. Về công nghệ, chẳng hạn như các hệ thống hỗ trợ sinh thái được kiểm soát, chúng vẫn chưa được phát triển. Vấn đề khác phải đối mặt là vấn đề chưa biết về cách con người cư xử và việc phát triển mạnh ở những nơi như vậy một cách lâu dài. Đồng thời, chi phí hiện tại của việc gửi bất cứ thứ gì từ bề mặt Trái Đất vào quỹ đạo (khoảng 2.500 USD mỗi pound đến quỹ đạo, dù chi phí dự kiến sẽ tiếp tục giảm), lập một thuộc địa không gian trong hiện tại là một dự án tốn kém.
Vẫn chưa có kế hoạch xây dựng các thuộc địa không gian của bất kỳ tổ chức quy mô lớn nào, dù là chính phủ hay tư nhân. Tuy nhiên, đã có nhiều đề xuất, nghiên cứu và thiết kế cho các khu định cư không gian đã được thực hiện qua nhiều năm, từ một số lượng đáng kể những người và các nhóm ủng hộ thuộc địa không gian. Một số nhà khoa học nổi tiếng, chẳng hạn như Freeman Dyson đã ủng hộ xâm chiếm thuộc địa không gian.