Wielka synteza chemiczna – dział przemysłu chemicznego, który zajmuje się procesami syntezy chemicznej na wielką skalę, wytwarzający minimum kilkaset tysięcy ton produktów rocznie. Dział ten specjalizuje się w wytwarzaniu półproduktów i produktów chemicznych, takich jak kwas siarkowy, formaldehyd, metanol, polietylen czy nawozy.
Wielka synteza chemiczna w Polsce Funkcjonujące w Polsce przedsiębiorstwa wielkiej syntezy chemicznej na początku XXI wieku przechodziły proces intensywnej restrukturyzacji. Ponieważ większość podmiotów sektora wielkiej syntezy chemicznej należała wówczas do Skarbu Państwa, opracowano Strategię Restrukturyzacji i prywatyzacji sektora wielkiej syntezy chemicznej.
Zidentyfikowano w niej m.in. niskie powiązania pomiędzy poszczególnymi zakładami produkcyjnymi oraz konieczność ich restrukturyzacji.
Efektem tej strategii była między innymi konsolidacja przemysłu chemicznego i nawozowego, m.in. poprzez powołanie Grupy Azoty.