กายวิภาคศาสตร์ (อังกฤษ: Anatomy; กรีก: ???????? anatomia, มาจาก ?????????? ana: การแยก และ temnein: การตัดเปิด) เป็นแขนงหนึ่งของวิชาชีววิทยา ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต คำนี้หมายรวมถึงกายวิภาคศาสตร์มนุษย์ (human anatomy) , กายวิภาคศาสตร์สัตว์ (animal anatomy หรือ zootomy) และกายวิภาคศาสตร์พืช (plant anatomy หรือ phytotomy) ในบางแง่มุมกายวิภาคศาสตร์ก็มีความเกี่ยวข้องอย่างลึกซึ้งกับวิชาคัพภวิทยา (embryology) , กายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบ (comparative anatomy) และคัพภวิทยาเปรียบเทียบ (phylogenetics หรือ comparative embryology) โดยมีรากฐานเดียวกันคือวิวัฒนาการ (evolution)
กายวิภาคศาสตร์สามารถแบ่งออกได้เป็นมหกายวิภาคศาสตร์ (gross anatomy หรือ macroscopic anatomy) และจุลกายวิภาคศาสตร์ (microscopic anatomy) มหกายวิภาคศาสตร์ [หรืออาจเรียกว่ากายวิภาคศาสตร์เฉพาะส่วน (topographical anatomy, regional anatomy หรือ anthropotomy)] เป็นการศึกษาโครงสร้างทางกายวิภาคที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จุลกายวิภาคศาสตร์เป็นการศึกษาโครงสร้างทางกายวิภาคขนาดเล็กซึ่งต้องอาศัยกล้องจุลทรรศน์ ได้แก่ มิญชวิทยา (histology) ซึ่งเป็นการศึกษาโครงสร้างของเนื้อเยื่อ และวิทยาเซลล์ (cytology) ซึ่งเป็นการศึกษาเซลล์
กายวิภาคศาสตร์มีประวัติศาสตร์เป็นเวลายาวนาน มีการพัฒนาความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับหน้าที่ของอวัยวะและโครงสร้างต่างๆ ของร่างกายอย่างต่อเนื่อง เช่นเดียวกันกับวิธีการศึกษาที่พัฒนาอย่างรวดเร็วตั้งแต่การศึกษาจากสัตว์ไปจนถึงการชำแหละ (dissect) ศพมนุษย์ จนกระทั่งพัฒนาเทคนิคที่อาศัยเทคโนโลยีที่ซับซ้อนในศตวรรษที่ 20
วิชากายวิภาคศาสตร์นั้นต่างจากพยาธิกายวิภาค (anatomical pathology หรือ morbid anatomy) หรือจุลพยาธิวิทยา (histopathology) ซึ่งเป็นการศึกษาลักษณะทางมหภาคและจุลภาคของอวัยวะที่เป็นโรค
กายวิภาคศาสตร์พื้นผิว (superficial anatomy หรือ surface anatomy) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับจุดกำหนด (landmark) ทางกายวิภาคที่สามารถมองเห็นได้จากผิวภายนอกร่างกาย ด้วยความรู้ทางกายวิภาคศาสตร์พื้นผิว แพทย์หรือสัตวแพทย์สามารถทราบตำแหน่งและกายวิภาคของโครงสร้างที่เกี่ยวข้องที่อยู่ลึกลงไป
กายวิภาคศาสตร์มนุษย์ ซึ่งรวมทั้งมหกายวิภาคศาสตร์และจุลกายวิภาคศาสตร์ เป็นการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกายสัณฐานวิทยา (morphology) ของร่างกายมนุษย์
โดยทั่วไปแล้ว นักศึกษาที่ศึกษาวิชาชีววิทยาในบางสาขา, บุคลากรทางการแพทย์ (paramedics) , นักกายภาพบำบัด (physiotherapists) , พยาบาล, และนักศึกษาแพทย์ (medical students) ศึกษามหกายวิภาคศาสตร์และจุลกายวิภาคศาสตร์จากแบบจำลอง, โครงกระดูก, ตำรา, แผนภาพ, ภาพถ่าย, และการฟังบรรยาย การศึกษาจุลกายวิภาคศาสตร์ (หรือมิญชวิทยา) ในสถานศึกษาจะใช้การศึกษาตัวอย่างหรือสไลด์ผ่านกล้องจุลทรรศน์ และนอกจากนี้ นักศึกษาแพทย์โดยทั่วไปจะได้ศึกษามหกายวิภาคศาสตร์จากการสังเกตและชำแหละร่างกายมนุษย์ หรือที่นิยมเรียกกันในประเทศไทยว่า อาจารย์ใหญ่ ซึ่งเป็นร่างกายของผู้ที่ประสงค์บริจาคเพื่อการศึกษา
กายวิภาคศาสตร์มนุษย์, สรีรวิทยา และชีวเคมีประกอบกันเป็นวิชาวิทยาศาสตร์การแพทย์พื้นฐาน (basic medical sciences) ซึ่งโดยทั่วไปจะสอนแก่นักศึกษาแพทย์ในชั้นปีแรก (หรือในชั้นปีที่ 1-3 ในคณะแพทยศาสตร์ในประเทศไทย) การสอนวิชากายวิภาคศาสตร์มนุษย์สามารถสอนแยกตามระบบหรือตามตำแหน่ง กล่าวคือสามารถศึกษาแยกตามแต่ละระบบ เช่น ระบบประสาท หรือระบบทางเดินหายใจ หรือศึกษาแยกตามเฉพาะที่ เช่น บริเวณศีรษะ และหน้าอก ตำราทางกายวิภาคศาสตร์ที่สำคัญ เช่น Gray's Anatomy ในปัจจุบันได้เรียงเนื้อหาใหม่จากแยกตามระบบเป็นแยกตามตำแหน่ง ตามวิธีการสอนแบบใหม่ ความรู้ทางกายวิภาคศาสตร์นั้นมีความจำเป็นต่อแพทย์ทุกคน โดยเฉพาะอย่างยิ่งศัลยแพทย์ และแพทย์ที่ทำงานด้านการวินิจฉัยเฉพาะทางเช่น จุลพยาธิวิทยา (histopathology) หรือรังสีวิทยา (radiology)
นักกายวิภาคศาสตร์จะทำงานในมหาวิทยาลัย คณะแพทยศาสตร์ โรงเรียนแพทย์ หรือสอนในโรงพยาบาล ซึ่งจะทำงานในด้านการสอนวิชากายวิภาคศาสตร์ และการวิจัยในบางระบบอวัยวะ, อวัยวะ, เนื้อเยื่อ หรือเซลล์
กายวิภาคเปรียบเทียบ (comparative anatomy) เป็นวิชาเกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบโครงสร้างทางกายวิภาค (ทั้งในมหภาคและจุลภาค) ในสัตว์ต่างชนิดกัน
มานุษยกายวิภาคศาสตร์ (Anthropological anatomy หรือ physical anthropology) เกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบกายวิภาคของมนุษย์ในแต่ละเชื้อชาติ
