Pemprosesan imej digital ialah satu proses mengubah atau membuat manipulasi ke atas imej/gambar secara digital menggunakan algoritma komputer. Proses ini dilakukan atas tujuan bagi meningkatkan kualiti gambar, mengubahsuai imej ataupun untuk menganalisis imej.
Pemprosesan imej digital merupakan salah satu kategori dalam bidang pemprosesan isyarat digital. Oleh itu ia mempunyai kelebihan yang sama dengan pemprosesan isyarat digital berbanding pemprosesan isyarat analog di mana lebih banyak algoritma dilaksanakan ke atas imej digital di samping mengatasi masalah seperti peningkatan hingar dan herotan isyarat semasa pemprosesan. Pemprosesan imej digital melibatkan imej masukan/input (sebuah imej, satu siri imej ataupun video), proses (algoritma matematik) dan keluaran (imej, satu set ciri-ciri atau parameter berkaitan dengan imej) .
Pemprosesan imej digital boleh dilakukan menggunakan 2 kaedah iaitu; kaedah domain ruang (manipulasi terus piksel) atau kaedah domain frekuensi (pengubahsuaian penjelmaan Fourier). Jenis pemprosesan imej digital yang paling umum ialah suntingan imej digital.