ถนนพญาไท (อังกฤษ: Thanon Phaya Thai) เป็นถนนสายหนึ่งในกรุงเทพมหานคร เริ่มตั้งแต่ถนนพระรามที่ 4 (สี่แยกสามย่าน) ไปทางทิศเหนือ เป็นเส้นแบ่งเขตการปกครองระหว่างแขวงวังใหม่กับแขวงปทุมวัน เขตปทุมวัน ผ่านจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จากนั้นตัดกับถนนพระรามที่ 1 (สี่แยกปทุมวัน) ข้ามคลองบางกะปิ หรือคลองแสนแสบ (ที่สะพานเฉลิมหล้า 56 หรือสะพานหัวช้าง) เข้าสู่ท้องที่แขวงถนนเพชรบุรี เขตราชเทวี ตัดกับถนนเพชรบุรี (สี่แยกราชเทวี) จากนั้นเป็นเส้นแบ่งเขตการปกครองระหว่างแขวงทุ่งพญาไทและแขวงถนนพญาไท โดยตรงไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ข้ามทางรถไฟสายตะวันออก ตัดกับถนนศรีอยุธยา (สี่แยกพญาไท) ไปสิ้นสุดที่อนุสาวรีย์ชัยสมรภูมิ
ถนนพญาไทสร้างขึ้นในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ปรากฏว่าทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ พระราชทานชื่อถนนว่า "ถนนพญาไท" เนื่องจากเป็นถนนที่มาออกที่สวนตำบลพญาไท “อีกไนยหนึ่งให้ความว่าเป็นถนนที่พระราม 4 เป็นไท ฤๅพระราชาของไท”
ถนนเส้นนี้มีกายภาพเปลี่ยนไปจากอดีตมาก เพราะเคยมีคูน้ำบริเวณหน้าจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (ถมแล้ว) เคยมีวงเวียนน้ำพุราชเทวี (ปัจจุบันกลายเป็นสี่แยก ซึ่งมีสะพานข้ามแยกราชเทวีตามแนวถนนเพชรบุรี) และเคยมีสะพานพระราชเทวี ข้ามคลองประแจจีน (ถมแล้ว) ก่อนเข้าสู่ถนนเพชรบุรี
นอกจากนี้ยังมีสถานที่สำคัญในอดีต เช่นพระตำหนักลักษมีวิลาศ บริเวณหัวมุมสี่แยกพญาไท ทิศตะวันตกเฉียงเหนือ (ด้านสถาบันแบ๊บติสต์) และอดีตโรงภาพยนตร์หลายแห่งในยุคเฟื่องฟู เช่นแมคเคนนา, พาราเมาท์, เอเธนส์, อีเอ็มไอ และเซ็นจูรี่
(แบ่งเป็นช่วงจากสี่แยกสามย่าน ถึงสะพานเฉลิมหล้า 56 (สะพานหัวช้าง) ในเขตปทุมวัน และช่วงจากสะพานเฉลิมหล้า 56 ถึงอนุสาวรีย์ชัยสมรภูมิ ในเขตราชเทวี)
