เครื่องยนต์ดีเซล (อังกฤษ: diesel engine) เป็นเครื่องยนต์ประเภทหนึ่ง คิดค้นโดย นายรูดอล์ฟ ดีเซล (Rudolf Diesel) วิศวกรชาวเยอรมัน ในปี ค.ศ. 1897 อาศัยการทำงานของกลจักร คาร์โนต์ (Carnot's cycle) ซึ่งคิดขึ้นโดยชาวฝรั่งเศสชื่อ ซาร์ดิ คาร์โน ( Sardi carnot) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1824 เครื่องยนต์ชนิดนี้ ไม่มีหัวเทียน การจุดระเบิดอาศัย หลักการอัดอากาศและเชื้อเพลิง ให้มีความดันสูงจนเชื้อเพลิงสามารถติดไฟได้
หลักการทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล คือ อากาศเมื่อถูกอัดตัวจะมีความร้อนสูงขึ้น แต่ถ้าอากาศถูกอัดตัวอย่างรวดเร็วโดยไม่มีการสูญเสียความร้อน ทั้งแรงดันและความร้อนจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่อฉีดละอองน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไปในอากาศที่ร้อนจัดจากการอัดตัว ก็จะเกิดการเผาไหม้ขึ้นอย่างทันทีทันใด ทำให้เกิดกำลังงานขึ้น กำลังงานที่เกิดขึ้นจะนำไปใช้ประโยชน์ในรูปของแรงขับหรือแรงผลักดัน ผ่านลูกสูบและก้านสูบทำให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุน ณ กำลังอัดเดียวกัน อากาศที่อุณหภูมิเริ่มต้นสูงกว่า เมื่อถูกอัดย่อมมีอุณหภูมิสูงกว่าหรือร้อนกว่า
เครื่องยนต์ดีเซลแบ่งออกเป็นแบบใหญ่ๆ ได้เป็น 2 แบบคือ
เครื่องยนต์แบบ 4 จังหวะ (The 4-cycle Engine)
เครื่องยนต์แบบ 2 จังหวะ (The 2-cycle Engine)