對角矩陣（diagonal matrix）是一種特殊類型的矩陣，其主對角線（左上到右下的線）之外的元素全部爲零。
這意味着除了主對角線上的元素外，其他所有元素都是零。對角線上的元素可以是任意值，包括零。存在兩種特殊的對角矩陣：單位矩陣，其主對角線上的元素全爲1；數量矩陣，其主對角線上的元素相等。對角矩陣在矩陣運算中表現出一些特殊的性質，例如，對角矩陣的加法、減法、數乘以及同階對角矩陣的乘法運算結果仍然是對角矩陣。此外，對角矩陣在參與矩陣乘法時，其對角線元素分別作用於矩陣的每一行或每一列。兩個對角矩陣相乘時，只需將各自的對角線元素相乘，結果仍然是對角矩陣。