Pachycefalozaur (Pachycephalosaurus, ze starożytnej greki "grubogłowy jaszczur", od pachy – "gruby", cephale – "głowa" i sauros – "jaszczur") – rodzaj grubogłowego dinozaura żyjącego w późnej kredzie (dokładniej mastrycht) w dzisiejszej Ameryce Północnej. Jego pozostałości znaleziono w Montanie, Dakocie Południowej i Wyoming. Rodzaj obejmuje jeden gatunek, P. wyomingensis. Należał on do ostatnich nieptasich dinozaurów sprzed wymierania kredowego. Zsynonimizowano z nim inny rodzaj z zachodniej Ameryki Północnej zwany wcześniej Tylosteus.
Jak inne dinozaury grubogłowe, Pachycephalosaurus był roślinożercą lub wszystkożercą. Jest znany z pojedynczej czaszki i kilku niezwykle grubych jej zadaszeń. Czaszka posiadała bardzo grube sklepienie. Poruszał się na dwóch tylnych kończynach, znacznie dłuższych od krótkich przednich. Jako największy z pachycefalozaurów osiągał 4,5 metra długości, a jego masę szacuje się na do 450 kg.
Solidna czaszka tego i spokrewnionych rodzajów przyczyniła się do powstania teorii, według której pachycefalozaury używały swych głów w międzyosobniczych walkach w obrębie gatunku.