Полово́й диморфи́зм (от греч. di, означающего в сложных словах вдвое и morphe — форма), в биологии частный случай полиморфизма, у раздельнополых видов различие внешних признаков у мужских и женских особей. Различают постоянный и сезонный половой диморфизм. Постоянный диморфизм не зависит от сезонных условий, характерен для беспозвоночных (червей, членистоногих) и многих позвоночных; проявляется в разнице в размерах, окраске, наличии дополнительных выростов (в том числе рогов и бивней, с помощью которых идет сражение за самку). Самцы чаще всего окрашены ярче самок. Сезонный половой диморфизм (брачный наряд) проявляется только в период размножения и известен у рыб и птиц, земноводных.
Половой диморфизм выражен и у некоторых двудомных растений.