علم الأحياء الخلوي أو بيولوجيا الخلية (بالإنجليزية: Cell biology أو Cellular biology وأحياناً Cytology) علم يقوم بدراسة الخلايا الحية: خواصها وبنيتها ومكوناتها، والعضيات الموجودة فيها وتفاعلاتها مع البيئة المحيطة. إضافة لذلك دورة حياتها cell cycle، انقسامها، وأخيرا 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 جداً مثل الإنسان. وهو علم يدرس كيفية عمل الخلايا الحية ويشمل معرفة تركيب عضيات الخلية و وظيفتها والجزيئات الكربونية التي تنتج الخلايا. الجزيئات الأكثر أهمية هي الحمض النووي و الحمض النووي الريبي و البروتينات ^[1]

ومن أهم التراكيب في الخلية النواة و الكروموسومات وهناك تراكيب عديدة أخرى. تركيب الخلايا حقيقية النواة أكثر تعقيدا من تركيب الخلايا بدائية النوى بسبب حدوث تعايش جواني : بعض العضيات أو جميعها حقيقية النواة هي بدائيات النوى سابقا مثل : الميتوكوندريا و البلاستيدات.^[2][3] 

شكل يوضح الخلية الحيوانية 
Animal cell

الارتباطات بين الخلايا وبعضها البعض 
Cell junction