Fotoautotrofie is de eigenschap van een organisme om zelf chemische energie op te slaan in een proces waarbij (zon)licht de energiebron is, zonder hulp van andere organismen. Het woord heeft een Oudgriekse afleiding: φῶς (phōs) betekent "licht", αὐτός (autos) "zelf", en τροφή (trophē) "voedsel".
Het tegenovergestelde is heterotrofie.
Veel planten zijn fotoautotroof: ze kunnen uit licht energie halen om onder andere suikers te maken (uit anorganische stoffen). Dit proces wordt ook fotosynthese genoemd.