علم الأحياء الخلوي أو البيولوجيا الخلوية (Cell biology أو cellular biology أحيانا cytology) علم يقوم بدراسة الخلايا الحية : خواصها وبنيتها ومكوناتها، والعضيات الموجودة فيها وتفاعلاتها مع البيئة المحيطة. إضافة لذلك دورة حياتها cell cycle، انقسامها، واخيرا موتها. تتم هذه الدراسة على نطاق مجهري أو جزيئي. البيولوجيا الخلوية تبحث في مجالات تمتد من تنوعات الأحياء وحيدة الخلية إلى الحياء متعددة الخلايا بخلاياها المتمايزة جدا مثل الإنسان.
معرفة تركيب الخلايا وكيفية عملها أساسي لجميع العلوم الحيوية. فتقدير مدى التشابه واللاختلاف بين الانماط الخلوية يعتبر أمرا مهما وأساسيا لجميع العلوم الحيوية الجزيئية والخلوية. لأن هذه التشابهات تشكل إطارا عاما موحدا يسمح بتعميم المباديء ونتائج الأبحاث في علوم مترابطة مثل علم الوراثة، الكيمياء الحيوية، علم الأحياء الجزيئي وأخيرا علم الأحياء التنموي.
