จักรวรรดิพาลไมรีน (ละติน: Imperium Palmyrenum อังกฤษ: Palmyrene Empire) เป็นจักรวรรดิที่แยกตัวออกจากจักรวรรดิโรมันระหว่างวิกฤติการณ์ของคริสต์ศตวรรษที่ 3 ที่ประกอบด้วยจังหวัดโรมัน ซีเรีย, ซีเรียปาเลสตินา, โรมัน และบริเวณส่วนใหญ่ของอานาโตเลีย โดยมีเมืองหลวงอยู่ที่ พาลไมรา พาลไมรีนรุ่งเรืองระหว่างปี ค.ศ. 260 จนถึงปี ค.ศ. 273 จักรวรรดิพาลไมรีนมีพระราชินีเซโนเบียเป็นผู้ปกครองในนามของพระราชโอรสวาบาลลาธัส (Vaballathus)
แม้ว่าจะประสบกับวิกฤติการณ์ต่างๆ หลายครั้งแต่จักรวรรดิโรมันที่ก่อตั้งขึ้นในสมัยของออกัสตัส ซีซาร์ก็สามารถดำรงอยู่ได้ แต่เมื่อจักรพรรดิอเล็กซานเดอร์ เซเวรัสถูกสังหารโดยทหารในปี ค.ศ. 235, กองทหารโรมันได้รับความพ่ายแพ้ในการรณรงค์ทางสงครามต่อซาสซานิยะห์เปอร์เซีย และการล่มสลายของจักรวรรดิ ผู้นำทางการทหารต่างก็เริ่มต่อสู้แย่งชิงอำนาจกันภายในจักรวรรดิ ซึ่งเป็นผลทำให้พรมแดนโรมันถูกละเลยและกลายเป็นเป้าหมายในการโจมตีโดยชนกลุ่มต่างๆ ที่รวมทั้งคาร์เพียน, กอธ, แวนดัล และ อลามานนิ และรวมทั้งการรุกรานโดยตรงของซาสซานิยะห์อย่างรุนแรงทางตะวันออก
ในที่สุดในปี ค.ศ. 258 ความแตกแยกก็เกิดขึ้นจากภายใน เมื่อจักรวรรดิถูกแบ่งเป็นสามส่วน จังหวัดโรมันกอล, บริเตน และ ฮิสปาเนีย แยกตัวไปเป็นจักรวรรดิกอล
ในเมื่อจักรวรรดิโรมันไม่สามารถป้องกันจังหวัดทางตะวันออกจากการรุกรานของซาสซานิยะห์ได้ ข้าหลวงเซ็พติมัส โอเดนาธัส (Septimius Odaenathus) จึงก่อตั้งกองทหารของตนเองเป็นกองสิบสอง (Legio XII Fulminata) แทนที่จะเข้าไปร่วมการขัดแย้งแย่งชิงโรม
แต่เซ็พติมัส โอเดนาธัสถูกสังหารโดยลูกชายวาบาลลาธัส (Vabalathus) และได้รับแต่งตั้งให้เป็นกษัตริย์แห่งจักรวรรดิพาลไมรีน แต่อำนาจที่แท้จริงอยู่ในมือของพระราชินีเซโนเบียพระราชมารดา ผู้ถือโอกาสขณะที่โรมยังมีความขัดแย้งในการขยายอำนาจไปยังอียิปต์ ซีเรีย ปาเลสไตน์ เลบานอน และอานาโตเลีย และในที่สุดก็ถือตำแหน่ง ออกัสตัส สำหรับพระองค์เองและพระราชโอรส
