Trong vật lý học, phép biến đổi Lorentz (hoặc biến đổi Lorentz) đặt theo tên của nhà vật lý học người Hà Lan Hendrik Lorentz là kết quả thu được của Lorentz và những người khác trong nỗ lực giải thích làm thế nào mà tốc độ ánh sáng đo được lại độc lập với hệ quy chiếu, và để hiểu tính đối xứng của các định luật điện từ học. Biến đổi Lorentz tuân theo thuyết tương đối hẹp, nhưng nó đã được suy luận ra trước khi có lý thuyết này.Phép biến đổi miêu tả bằng cách nào mà kết quả đo của hai quan sát viên, mỗi người trong một hệ quy chiếu quán tính chuyển động với vận tốc không đổi tương đối với nhau,về các sự kiện trong không gian và thời gian được liên hệ với nhau. Chúng phản ánh bản chất rằng các quan sát viên chuyển động dưới các vận tốc khác nhau có thể đo được độ dài, sự trôi đi của thời gian, và thậm chí thứ tự của các sự kiện xảy ra khác nhau. Chúng thay thế phép biến đổi Galilei trong vật lý Newton, mà giả thiết rằng không gian và thời gian là tuyệt đối. Biến đổi Galilei là trường hợp xấp xỉ tốt của biến đổi Lorentz trong trường hợp vận tốc nhỏ hơn nhiều so với ánh sáng.Phép biến đổi Lorentz là một phép biến đổi tuyến tính. Nó bao gồm phép quay không gian; một phép biến đổi Lorentz không chứa phép quay được gọi là gia tăng Lorentz (Lorentz boost).Trong không gian Minkowski, phép biến đổi Lorentz bảo toàn khoảng không thời gian giữa hai sự kiện bất kỳ. Chúng chỉ miêu tả biến đổi mà tại đó sự kiện trong không thời gian tại gốc tọa độ là cố định, do vậy chúng có thể được coi là phép quay hypebolic của không gian Minkowski. Tập hợp các phép biến đổi tổng quát hơn bao gồm sự tịnh tiến được gọi là nhóm Poincaré.