Oussama Mellouli (arab. أسامة الملولي; ur. 16 lutego 1984 w Tunisie) – tunezyjski pływak, dwukrotny złoty medalista olimpijski, mistrz świata na długim basenie, mistrz świata na basenie krótkim.
Mellouli swoje największe sukcesy w dotychczasowej karierze odniósł na igrzyskach olimpijskich w 2008 roku w Pekinie i 2012 roku w Londynie. W stolicy Chin wygrał złoty medal na dystansie 1500 m stylem dowolnym stając się pierwszym złotym medalistą olimpijskim w pływaniu reprezentującym kraje arabskie i pierwszym złotym medalistą z Tunezji od 1968 roku, kiedy to Mohammed Gammoudi wygrywając bieg na 5000 m został pierwszym mistrzem olimpijskim z tego kraju. Na igrzyskach w Londynie Mellouli ponownie zwyciężył, tym razem na długości 10 km na otwartym akwenie oraz zdobył brązowy medal na 1500 m stylem dowolnym.
Startując na mistrzostwach świata Tunezyjczyk ma w swoim dorobku sześć medali, w tym złoty z 2009 roku w Rzymie w konkurencji 1500 m stylem dowolnym.
Mellouli również sześć razy stawał na podium mistrzostw świata na basenie krótkim, w tym dwa razy kończył zawody na pierwszym miejscu.