博物学（はくぶつがく、Natural history, 一名:自然史）とは、自然に存在するものについて研究する学問。広義には自然科学のすべて。狭義には動物・植物・鉱物・岩石など、自然物についての収集および分類の学問。英語の"Natural history" の訳語として明治期に作られた。東洋では本草学がそれにあたる。
自然界に存在するものを収集・分類する試みは太古から行われてきた。自然に対する知識を体系化した書物としては、古代ギリシアではアリストテレスの『動物誌』、古代ローマ時代ではプリニウスの『博物誌』などがある。
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東洋では「本草学」と呼ばれ、伝統中国医学の「薬（漢方薬）」（または仙人になるための方術である錬丹術に必要とされた霊薬仙丹）の原材料の研究とともに発達した。明の時代に李時珍が書いた『本草綱目』はその集大成とも呼べる書物であり、日本にも大きな影響を与えた。
ヨーロッパの大航海時代以降、世界各地で新種の動物・植物・鉱物の発見が相次ぎ、それを分類する手段としての博物学が発達した。薬用植物・茶・ゴム・コショウなど、経済的に有用な植物を確保するため、プラントハンターと呼ばれる植物採集者たちが世界中に散り、珍奇な植物を探して回った。また動物や鉱物なども採集された。動物の例で言えば、東南アジアのフウチョウなどの標本がヨーロッパにもたらされた。
19世紀後半（主にチャールズ・ダーウィン以降）に入ると学問が細分化し、博物学は動物学・植物学・鉱物学・地質学などに細分化され、大きくは生物学とがそれぞれ異なった分野として独自の方法論を展開するようになった。