Biyolüminesans, bazı canlı organizmaların gerçekleştirdiği, kimyasal reaksiyonlar sırasında kimyasal enerjinin ışık enerjisine dönüştürülmesi ile ışık üretilmesi ve yayılması olayına verilen isimdir.

Biyolüminesans terimi, etimolojik olarak Yunanca "bios" (yaşam) ve Latince "lumen" (ışık) kelimelerinin birleşiminden meydana gelmektedir.
Bu kimyasal reaksiyon, büyük organizmalar üzerinde yaşayan ortak yaşar organizmalar tarafından da gerçekleştirilebilir. Reaksiyonun temelindeki kimyasal bileşiğe verilen isim ise Lüsiferin'dir. Lüsiferin, Lüsiferaz enzimi tarafından oksitlendiğinde ışık üretilir ve yayılır. Bu kimyasal reaksiyon hücre içinde veya dışında meydana gelebilir. Bakterilerde ise, biyolüminesansın meydana gelmesini sağlayan genler Lux Operon isimli operon tarafından kontrol edilir.

Biyolüminesans'ın özellikleri
Biyolüminesans, soğuk ışık yayılımı olarak da adlandırılan bir çeşit lüminesanstır. Işığın %20'den azı termal radyasyona neden olur. Bu doğa olayı floresans, fosforesans veya ışıgın geri yansıtılması ile karıştırılmamalıdır.

Büyük oranda derin deniz canlıları biyolüminesans özelliğine sahiptir. Bu deniz canlıları genellikle suda en kolay yayılan dalga boyları olan mavi ve yeşil dalga boylarında ışık yayar. Daha nadir rastlanmakla beraber, kırmızı ve kızılötesi dalga boylarında ışık yayabilen deniz canlıları da gözlemlenmiştir.
Deniz canlıları dışında biyolüminesans olayı nadir bulunmakla beraber daha çeşitli renk yelpazesinde gerçekleşir. Kara biyolüminesansının en bilinen örnekleri Ateşböceği ve Yeni Zelanda parlak kurtlarıdır. Çeşitli diğer böcekler, larvalar, kurtlar, eklem bacaklılar ve mantarlarda da biyolüminesans olayı gözlemlenmiştir.