Оптическая иллюзия, также зрительная иллюзия — ошибка в зрительном восприятии, вызванная неточностью или неадекватностью процессов неосознаваемой коррекции зрительного образа (лунная иллюзия, неверная оценка длины отрезков, величины углов или цвета изображённого объекта, иллюзии движения, «иллюзия отсутствия объекта» — баннерная слепота и др.), а также физическими причинами («сплюснутая Луна», «сломанная ложка» в стакане с водой). Причины оптических иллюзий исследуют как при рассмотрении физиологии зрения, так и в рамках изучения психологии зрительного восприятия.

В художественных изображениях намеренное искажение перспективы вызывает особые эффекты, лучше всего известные по работам Мориса Эшера (см., например, его литографии: «Вверх и вниз» (1947), «Выпуклое и вогнутое» (1955), «Бельведер» (1958) и т. д.

Создание оптических иллюзий часто было темой работ Сальвадора Дали (см., например, его картины «Невольничий рынок с явлением незримого бюста Вольтера» (1938), «Лебеди, отражающиеся в слонах» (1937) и т. д.).

Некоторые оптические иллюзии изучались в рамках гештальтпсихологии (напр. Акиёси Китаока).