Arkeologia (< kreikk. arkhaios, ’muinainen’ + logos, ’tieto’), joskus myös muinaistutkimus tai muinaistiede, on humanistinen tiede tai oikeammin joukko tieteitä, jotka tutkivat ihmisen menneisyyttä analysoimalla muinaisjäännöksiä eli niitä jälkiä, joita ihmisten toiminta on jättänyt maaperään tai vesistöjen pohjaan. Tällaisia ovat esimerkiksi vanhat rakennukset ja niiden perustukset, esinelöydöt eli artefaktit, ihmisten hyödykseen käyttämien eläinten ja kasvien jäännökset (kuten makrofossiilit), haudat ja ihmisten jäännökset, laivanhylyt sekä ihmisen maisemassa aiheuttamat muutokset. Arkeologisen tutkimuksen lähdeaineisto saadaan useimmiten arkeologisista kaivauksista.
Arkeologia voi tutkia lähihistoriaa ja siten täydentää historiantutkimusta, joka perustuu kirjallisiin lähteisiin. Usein arkeologia tutkii kaukaista menneisyyttä, varhais- tai esihistoriaa, josta ei ole kirjallisia lähteitä. Arkeologiaan erikoistunutta tutkijaa kutsutaan arkeologiksi.