โมโนเรล (อังกฤษ: monorail) เป็นระบบขนส่งทางรางชนิดหนึ่ง ต่างจากระบบเดิมแทนที่จะมีราวเหล็กสองราวประกอบเป็นราง กลับมีลักษณะเป็นราวเหล็กเส้นเดียวให้รถวิ่งผ่าน คำว่าโมโนเรลมีมาตั้งแต่ พ.ศ. 2440 โดยออยเกน ลังเกน (Eugen Langen) วิศวกรชาวเยอรมัน โดยสมาสคำว่า mono-เดี่ยว และ rail-ราวเหล็กสำหรับประกอบรางรถไฟ เข้าด้วยกัน
รถที่ใช้กับโมโนเรล จะวิ่งบนทางที่มีขนาดแคบกว่าตัวรถโดยอาจมีครีบสำหรับกอดรัดให้ตัวรถติดกับทางไว้ก็ได้ นิยมใช้เป็นระบบขนส่งมวลชนขนาดกลาง จำนวนคนไม่มาก ต่างจากระบบรถไฟฟ้ารางหนัก (heavy rail) ซึ่งขนส่งคนได้ในปริมาณที่มากกว่า
โมโนเรลแตกต่างจากรถรางและระบบรางเบา โมโนเรลสมัยใหม่มักจะมีการแบ่งพื้นที่จากช่องทางอื่นและคนเดินเท้าอย่างชัดเจน โมโนเรลสามารถเคลื่อนและรองรับได้ด้วยที่รองรับน้ำหนักเพียงส่วนเดียวแตกต่างจากระบบอื่น นอกจากนี้โมโนเรลยังไม่ต้องมีการรับไฟฟ้าจากเสาสาลี่อีกด้วย
รถไฟพลังแม่เหล็กบางส่วนใช้ในรูปแบบโมโนเรลเช่น Transrapid และ Linimo แต่มีความแตกต่างจากโมโนเรลรูปแบบอื่นที่รถไฟพลังแม่เหล็กจะไม่มีการสัมผัสกับราวโดยตรง
ในปี พ.ศ. 2363 อิวาน เอลมานอฟ (Ivan Elmanov) นักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย ได้คิดดัดแปลงรางรถไฟธรรมดาที่เคยมีราวเหล็กสองราว ให้เหลือราวเหล็กเพียงเส้นเดียว ในเวลาต่อมา แนวคิดดังกล่าวถูกนำไปปรับใช้ที่อังกฤษในปีต่อมา โดยได้นำไปใช้ที่ท่าเรือเดปฟอร์ด (Deptford Dockyard) กรุงลอนดอน และทางรถไฟสายเชสฮันต์ (Chesthunt) ซึ่งใช้สำหรับขนส่งหินจากเหมืองขุดหิน พร้อมไปกับการขนส่งคนโดยสารอีกด้วย ทางรถไฟสายเชสต์ฮันต์ ถือเป็นทางรถไฟราวเดี่ยวสายแรกที่ขนส่งคนโดยสารสายแรกของโลก
ในยุคแรก ๆ ทางรถโมโนเรลเป็นราวเหล็กรูปปากแตรคู่สำหรับให้ครีบล้อเกาะ แทนระบบเดิมที่ให้ล้อวางบนราวเหล็กสองเส้น บางทีอาจนำตู้โดยสารลงไปแขวนไว้กับล้อที่ติดบนราว แล้วให้ไหลไปตามราวก็ได้ เช่นที่เมืองวูปแปร์ตัล (Wuppertal) ประเทศเยอรมนี ในเวลาต่อมา รถโมโนเรลได้มีการพัฒนาให้มีล้อสองชุด ชุดหนึ่งทำหน้าที่ประคองตัวรถ อีกชุดทำหน้าที่ขับเคลื่อน รถโมโนเรลได้มีการใช้แพร่หลายมากขึ้นโดยลำดับ โดยในปี พ.ศ. 2499ได้มีการทดสอบรถโมโนเรลที่เมืองฮูสตัน รัฐเทกซัส ให้หลังจากนั้นก็มีการนำไปติดตั้งที่สวนสนุกดิสนีย์แลนด์ รวมไปถึงใช้เป็นระบบขนส่งมวลชนในกรุงโตเกียวอีกด้วย
รถโมโนเรล สามารถจำแนกตามการจัดวางได้สองแบบคือแบบวางคร่อมราว (straddle-beam) กับแบบแขวนไว้กับราว (suspended)
รูปแบบโมโนเรลที่นิยมใช้มากที่สุดในทุกวันนี้คือแบบวางคร่อมราว ซึ่งล้อยางจะติดตั้งไว้ที่ด้านใต้ท้องรถและกะบังข้างตัวรถ เพื่อให้ตัวรถสามารถหนีบยึดไว้กับราวคอนกรีตที่มีความกว้างราว 0.6-0.9 เมตรได้ โดยโมโนเรลรูปแบบนี้เป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายจากการนำไปใช้โดยบริษัทของเยอรมนีอย่างอัลเวก
สำหรับรถแบบแขวนไว้กับราว จะมีแคร่ล้อเหล็กซึ่งวิ่งบนราวเหล็ก ใต้แคร่จะแขวนตู้โดยสารไว้ ระบบดังกล่าวถูกบุกเบิกและนำไปใช้แพร่หลายโดยกลุ่มองค์กรเพื่อการศึกษาธุรกิจแห่งฝรั่งเศส (SAFEGE) และมีการใช้ที่เมืองวูปแปร์ตัล บาร์เมน และเอเบอร์เฟล ประเทศเยอรมนี
รถโมโนเรล ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่ส่งผ่านรางที่สามหรือรางไฟ (third rail) แต่บางครั้งอาจใช้เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อน นอกจากนี้บางระบบในอดีตยังมีการใช้พลังงานในรูปแบบของรถจักรไอน้ำเช่น Lartigue Monorail
ในรถโมโนเรลที่ทันสมัยขึ้นอาจใช้สนามแม่เหล็กยกรถให้ลอยเหนือราวแล้วผลักให้วิ่งไป เรียกว่ารถไฟพลังแม่เหล็กหรือแมกเลฟ (MAGLEV) ซึ่งขึ้นชื่อว่าเป็นระบบรางที่มีความเร็วสูงที่สุดในโลก โดย JR-Maglev ของญี่ปุ่นเป็นเจ้าของสถิติอยู่ที่ 581 กิโลเมตรต่อชั่วโมง อย่างไรก็ตาม ราวเกาะสำหรับรถไฟแมกเลฟอาจจะกว้างมากจนไม่อาจเรียกว่าราวเกาะแบบโมโนเรลก็ได้ นอกจากนี้รถไฟพลังแม่เหล็กที่มีความเร็วต่ำกว่านี้มักจะถูกใช้ในเมืองเป็นหลักเช่น Linimo ของญี่ปุ่น
