หินน้ำมัน (อังกฤษ: oil shale) คือแร่เชื้อเพลิงชนิดหนึ่งที่อยู่ในรูปแบบของหินดินดาน โดยมีอินทรีย์สารที่เรียกว่า เคโรเจน (Kerogen) ปะปนอยู่ในเนื้อหิน มักมีสีน้ำตาลเข้มจนถึงดำ หินน้ำมันเกิดจากซากพืชซากสัตว์กับตะกอนขนาดเล็กที่สะสมตัวอยู่ในแอ่งตะกอนทับถมกันจนเป็นเวลาเนิ่นนานผ่านไปหลายล้านปี ความดันและอุณหภูมิก็ทำให้เกิดการแปรสภาพทำให้เกิดลักษณะยางเหนียวๆที่ประกอบไปด้วยไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ที่เรียกว่า "เคโรเจน" ซึ่งเมื่อนำหินน้ำมันไปเผาที่อุณหภูมิประมาณ 500 องศาเซลเซียส จะได้น้ำมันและก๊าซไฮโดรคาร์บอนออกมา ซึ่งการสกัดนี้จะใช้ขั้นตอนมากกว่าน้ำมันดิบแบบปกติ ในอุตสาหกรรมยังสามารถเผาหินน้ำมันเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง แต่เป็นเชื้อเพลิงประเภทเกรดต่ำ สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า และเพื่อการทำความร้อน และสามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตสารเคมีและวัสดุก่อสร้าง หินน้ำมันได้รับความสนใจเป็นแหล่งพลังงานอีกทางเลือกหนึ่งนอกจากปิโตรเลียม ในขณะเดียวกันการทำเหมืองหินน้ำมัน และการเผาสกัดไฮโดรคาร์บอนเหลว ก็ต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อม เช่นการใช้ที่ดิน ในการกำจัดกาก เนื่องจาก เมื่อนำหินน้ำมันไปบดและเผา จะได้กากถึงร้อยละเก้าสิบ ซึ่งมีผลต่อสิ่งแวดล้อม การกำจัดน้ำเสีย การปล่อยก๊าซเรือนกระจก และมลพิษทางอากาศ ประเทศเอสโตเนียและจีน มีการทำอุตสาหกรรมของหินน้ำมัน ส่วนประเทศบราซิล,เยอรมัน,อิสราเอล และรัสเซีย ก็ใช้ประโยชน์จากหินน้ำมันเช่นกัน
หินน้ำมัน คือหินตะกอนอินทรีย์ที่หลากหลาย อยู่ในกลุ่มของเชื้อเพลิงประเภทเลนอินทรีย์ ไม่ได้มีความหมายทางธรณีวิทยาที่แน่นอน
หรือมีสูตรเคมีที่เฉพาะเจาะจงหรือมีขอบเขตที่แน่นอน เนื่องจากหินน้ำมันมีความแตกต่างกันมากในเรื่องของแร่ธาตุ, องค์ประกอบทางเคมี, อายุ,
ชนิดของเคโรเจน และประวัติการสะสมตัว หินน้ำมันต่างจากทรายน้ำมัน, หินที่กักเก็บปิโตรเลียมและ ถ่านหินฮิวมิก ในขณะที่ทรายน้ำมันเกิดจากกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพของน้ำมัน ส่วนความร้อนและความดันจะ(ยัง)ไม่แปรสภาพเคโรเจนในหินน้ำมันไปเป็นปิโตรเลียม หินน้ำมันมีค่าร้อยละของอินทรียวัตถุต่ำกว่าถ่านหิน ส่วนประกอบของสารอินทรีย์ของหินน้ำมันมีสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายเช่น ซากของสาหร่าย, สปอร์, เกสร,เปลือกพืช, เศษพืชล้มลุกและไม้ยืนต้น,เศษเซลล์จากพืชน้ำและพืชบนบก
นักธรณีวิทยาสามารถแบ่งประเภทของหินน้ำมันบนพื้นฐานขององค์ประกอบ โดยแบ่งเป็น หินดินดานที่อุดมด้วยคาร์บอเนต, หินดินดานที่มีซิลิกาเยอะ
หรือถ่านหินเนื้อแน่นและมีน้ำมัน การจำแนกประเภทอื่นหรือที่เรียกว่าแผนภาพรถตู้ของ Krevelen การกำหนดประเภทของเคโรเจนขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อยู่ในอินทรียสาร การจำแนกประเภทจะมีการกำหนดว่าหินน้ำมันนี้มีสภาพแวดล้อมการเกิดแบบทะเลสาบ หรือทะเล
โดยขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของชีวมวลเริ่มต้นที่ตกสะสมตัว โดยจัดหมวดหมู่ ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการประมาณผลผลิตและองค์ประกอบของน้ำมันสกัด
เช่นเดียวกับแหล่งน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ นักวิเคราะห์ได้แยกแยะความแตกต่างระหว่างแหล่งทรัพยากรหินน้ำมันและปริมาณสำรอง โดยทรัพยากร หมายถึงปริมาณหินน้ำมันที่มีทั้งหมด ในขณะที่ปริมาณสำรองหมายถึงปริมาณที่ผู้ผลิตสามารถสกัดหินน้ำมันทางเศรษฐกิจโดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ เนื่องจากเทคโนโลยีการสกัด มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง นักวางแผนจึงสามารถประมาณจำนวนเคโรเจนได้ ถึงแม้ว่าจะมีแหล่งทรัพยากรของหินน้ำมันเกิดขึ้นในหลายประเทศทั่วโลก แต่มีเพียง 33 ประเทศเท่านั้นที่รู้ปริมาณสำรองและมูลค่าทางเศรษฐกิจที่เป็นไปได้
ตารางแสดงแหล่งหินน้ำมันที่มีปริมาณหินน้ำมันมากในประเทศต่างๆของโลก โดยสามารถพบได้ตามแอ่งแผ่นดินยุคเทอร์เชียรี่ทั่วโลก สำหรับในประเทศไทยสามารถพบได้ในตอนบนของประเทศ โดยเฉพาะที่แหล่งแม่ปะใต้ แอ่งแม่สอด อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ซึ่งมีปริมาณสำรอง 390 ล้านตัน จากทั้งแอ่งที่มีปริมาณหินน้ำมันสะสม 620 ล้านตัน
มนุษย์เรามีการใช้หินน้ำมันเป็นเชื้อเพลิงตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์เนื่องจากเผาไหม้โดยทั่วไปโดยไม่ต้องดำเนินการใด ๆ อุตสาหกรรมแบบทันสมัยของเหมืองแร่หินน้ำมันเริ่มขึ้นในปีค.ศ. 1837 ใน ประเทศฝรั่งเศส ตามมาด้วยการแสวงหาประโยชน์ในสกอตแลนด์,เยอรมันและประเทศอื่น ๆ การดำเนินงานในช่วงศตวรรษที่ 19 เน้นการผลิตน้ำมันก๊าด,น้ำมันหลอดไฟและเทียนไข ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีความต้องการเพิ่มขึ้นในช่วงปฏิวัติอุตสาหกรรม น้ำมันเชื้อเพลิง น้ำมันหล่อลื่นและจารบี,แอมโมเนียมซัลเฟตมีการผลิตขึ้น อุตสาหกรรมหินน้ำมันของยุโรปขยายตัวทันทีก่อนที่สงครามโลกครั้งที่ 1 จะจำกัดการเข้าถึงทรัพยากรปิโตรเลียมทั่วไป และการผลิตรถยนต์และรถบรรทุกที่มาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของการบริโภคน้ำมัน ถึงแม้ว่าอุตสาหกรรมหินน้ำมันของประเทศเอสโตเนียและประเทศจีนเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องหลังจากสงครามโลกครั้งที่สอง แต่ส่วนใหญ่ในประเทศอื่นๆที่ถูกยกเลิกโครงการของพวกเขาเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการประมวลผลสูงและราคาถูกกว่าน้ำมันเชื้อเพลิง หลังจากนั้นในปี 1973 เกิดวิกฤตการณ์น้ำมันโลก มีการผลิตน้ำมันจากหินน้ำมันถึงจุดสูงสุดคือได้ 46 ล้านตันในปี 1980 ก่อนที่จะตกลงไปอยู่ที่ประมาณ 16 ล้านตันในปี 2000 เนื่องจากการแข่งขันกับปิโตรเลียม อุตสาหกรรมหินน้ำมันโลกเริ่มฟื้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ในปี 2003 โครงการพัฒนาน้ำมันหินดินดานเริ่มต้นใหม่ในประเทศสหรัฐอเมริกา เจ้าหน้าที่แนะนำโปรแกรมเชิงพาณิชย์ลิสซิ่งอนุญาตการสกัดหินน้ำมันและทรายน้ำมันในที่ดินของรัฐบาลกลางในปี 2005 ตามนโยบายพลังงาน พ.ศ. 2005
