วิชาลำดับชั้นหิน (อังกฤษ: Stratigraphy) เป็นศาสตร์สาขาหนึ่งที่ว่าด้วยรูปแบบ การวางตัว การแผ่กระจาย การลำดับอายุ (chronolgic succession) การจำแนกชนิดและสัมพันธภาพของชั้นหิน (และหินอย่างอื่นที่สัมพันธ์กัน) อย่างใดอย่างหนึ่ง หรือทั้งหมดที่มีอยู่ในหิน เป็นเกณฑ์กำหนดแบ่ง เพราะฉะนั้นวิชานี้จะมีความเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิด องค์ประกอบสภาพแวดล้อม อายุ ประวัติ สัมพันธภาพที่มีต่อวิวัฒนาการของสิ่งที่มีชีวิต ตลอดจนลักษณะอื่น ๆ ของชั้นหิน สรุปว่า ในการจำแนกลำดับชั้นหิน หินทุกชนิดไม่ว่าจะวางตัวเป็นชั้นหรือไม่เป็นชั้น ก็อยู่ภายในขอบข่ายทั่วไปของวิชาลำดับชั้นหินและการจำแนกลำดับชั้นหินนี้ด้วยเพราะหินเหล่านั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดหรือเกี่ยวเนื่องกันกับชั้นหินสรุปก็คือวิชาลำดับชั้นหินเป็นสาขาวิชาที่ศึกษาถึงความสัมพันธ์ทางแนวตั้งและทางข้างทั้งหลายของหินตะกอนโดยความสัมพันธ์เหล่านี้ถูกกำหนดขึ้นจากพื้นฐานของคุณสมบัติในทางกายภาพและทางเคมีลักษณะทางบรรพชีวิต ความสัมพันธ์ด้านอายุ และคุณสมบัติทางธรณีฟิสิกส์ซึ่งใช้กันมากในปัจจุบัน ก่อนปี ค.ศ. 1970 นั้น วิชาลำดับชั้นหินจะเกี่ยวข้องส่วนใหญ่กับแนวความคิดแบบดั้งเดิมทั้งหลายของ การลำดับชั้นหินตามอายุกาล