化学兵器（かがくへいき）とは、毒ガスなどの毒性化学物質を使い人や動物に対して被害を与えるために使われる兵器のこと。化学兵器禁止条約では、毒性化学物質の前駆物質や、それを放出する弾薬・装置も含むものとしている。リシンや細菌毒素などの生物由来の毒性物質を用いる場合は、化学兵器ではなく生物兵器に分類されることが多い。
化学兵器は、NBC兵器の一角“C”をなす大量破壊兵器のひとつである。一般的には毒ガスとして知られるが、揮発によるものだけではなく、液体が噴霧された霧状の状態を含み、今日の「毒ガス」兵器と呼ばれる物は、常温下に於いて液体（粘度の高いものを含む）の物が多い。マスタードガス（イペリット）やサリンやVXガスなどが著名である。
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化学兵器と呼ばれる範囲は時代や条約によって若干異なり、警察の催涙ガスとして現用されるクロロアセトフェノンのように後遺症の恐れは低いものも、化学兵器に含めることがある。化学兵器禁止条約では、2条に化学兵器の提議を置き、このほか特に検証措置の対象とする種類については附属書の表に記載している。日本政府の同条約解釈では、致死率の低いジフェニルシアノアルシンないしジフェニルクロロアルシン（両者の旧日本陸軍呼称「あか剤」）及びCNガス（同じく「みどり剤」）を化学兵器としている。
近代的な化学兵器は第一次世界大戦で登場し、大量に使用された。しかしその後は、禁止条約が発効したことに加え、後述する特性から運用が難しいために実戦使用例は限られている。