类胡萝卜素（英语：carotenoid）是一类有机色素，被发现存在于植物的叶绿体或有色体及一些进行光合作用的藻类，某些类型的细菌和真菌含有类胡萝卜素。类胡萝卜素属于四萜烯有机分子色素。动物不能制造类胡萝卜素（虽然已知一种蚜虫获得了合成胡萝卜素之一的红酵母烯（torulene）的能力，因为该蚜虫体内具有产生“红酵母烯去饱和酶”的基因，源自真菌的基因水平转移。动物从其摄食中获得类胡萝卜素，在动物新陈代谢时有不同途径。

　　目前已知的类胡萝卜素超过600种，可分为两大类，也就是分子中含氧原子的叶黄素类，和不含氧原子只含碳氢的胡萝卜素类。类胡萝卜素一般吸收蓝光。在植物与藻类中有两大关键作用：吸收光能用于光合作用；保护叶绿素不受光氧化损害。对于人体，4种类胡萝卜素，β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、β-隐黄质(Cryptoxanthin)，具有维生素A活性（即它们可以转化为视黄醛）。这4种以及其它类胡萝卜素也可用作抗氧化。在眼睛中，特定的类胡萝卜素（叶黄素与玉米黄质）显然是直接吸收有害的蓝色与近紫外光线，保护黄斑，眼睛具有最清晰视力的部分。

　　膳食中富含来自天然食物（如水果或蔬菜）的类胡萝卜素，有益于人的健康，并对于很多临床疾病具有更低的死亡率。但是，最近一项对来自68个可靠的抗氧化补充剂实验的源分析，涉及232,606受试验者，表明摄入额外的β-胡萝卜素补充剂可能不是有益的并可能导致损害，虽然这个结论可能仅限于吸烟者。除了著名的特例木鳖果与原棕榈油，大多数富含类胡萝卜素的水果与蔬菜都是低油脂的。因为膳食油脂被认为是影响类胡萝卜素生物活性的重要因素，一项2005年的研究调查了增加鳄梨与油脂能否改善人体对类胡萝卜素的吸收。结果表明鳄梨与油脂的增加极大地提高了受试验者对各种类胡萝卜素（α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、番茄红素与叶黄素）的吸收。煮熟、捣碎食物，例如把番茄做成果汁或番茄酱，也可以增加对类胡萝卜素的吸收。

　　光合作用生物，特别是植物与蓝细菌，β-胡萝卜素在光合作用的中心有着非常重要的作用。由于β-胡萝卜素对称的分子结构的量子力学效果，它提供了一种对抗自然氧化的光氧化防护机制。类胡萝卜素也参与了光合作用的能量传递过程。对于非光合作用生物，例如人类，类胡萝卜素与抗氧化机制相关。

　　类胡萝卜素具有很多生理功能。由于其分子结构，类胡萝卜素是有效的自由基猝灭剂，增强了脊椎动物的免疫系统。人类饮食中包含了几十种类胡萝卜素，大多数类胡萝卜素具有抗氧化活性。流行病学研究显示，具有β-胡萝卜素摄入与血浆β-胡萝卜素高浓度在很大程度上降低了肺癌风险。但是，吸烟者大剂量摄入β-胡萝卜素会增加患癌风险(可能是由于过量的β-胡萝卜高素导致了分解产物抑制了血浆中维生素A，恶化了吸烟导致的细胞类胡萝卜素片生长。类似的情况在其它动物上被发现。

　　人类与其它动物基本不能合成类胡萝卜素，必须从食物中获得. 存在一种红豌豆蚜虫特例。类胡萝卜素是动物的一种常见的，常常是修饰性特征。例如，粉红色的火烈鸟与鲑鱼，煮熟的龙虾的红颜色，都是由于类胡萝卜素。类胡萝卜素被认为用作修饰性特征，极端例子如海鹦，因为对于给定的生理与化学性质，类胡萝卜素可用作个体健康的真实指示，被动物用于择偶行为。

　　人眼的黄斑是特定的类胡萝卜素主动集中于此，导致了黄颜色外观，有助于保护视网膜不受蓝色或者具有光化性光线的损害。这与类胡萝卜素在植物中的光合系统的保护作用类似。类胡萝卜素主动集中于卵巢的黄体，使其因这种特性颜色而命名，一般起到了抗氧化功能。

　　最常见的类胡萝卜素包括番茄红素以及维生素A的前体：β-胡萝卜素。植物的最丰富的类胡萝卜素是叶黄素类中的叶黄素。叶黄素与其它类胡萝卜素在成熟的叶子中并不显著，这是由于叶绿素II的的绿色所遮盖。类胡萝卜素片但是当叶绿素II不存在时，如嫩叶与干枯的落叶，黄色、橙色、红色就凸显出来了。同样的原因，类胡萝卜素的颜色在成熟的水果上也是明显的 (如橙子、马铃薯、香蕉)，也是由于起遮盖作用的叶绿素的消失。