การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ (อังกฤษ: mass extinction) เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เป็นข้อสันนิษฐานว่า เป็นสาเหตุให้สิ่งมีชีวิตบนโลกหลากชนิดหลายสายพันธุ์ต้องสูญพันธุ์ไปในเวลาพร้อมๆกันหรือไล่เลี่ยกันเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ ไม่ได้เกิดขึ้นแค่เพียงครั้งเดียว ในช่วง ยุคครีเตเชียส (Cretaceous) ซึ่งเป็นยุคที่ไดโนเสาร์เป็นสิ่งมีชีวิตอันดับบนสุดของห่วงโซ่อาหารอย่างที่คนทั่วไปเข้าใจ หากแต่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่เคยเกิดขึ้นมาแล้วหลายครั้ง การประเมินระยะเวลาการเกิดเหตุการณ์ ทำโดยการวินิจฉัยจากซากฟอสซิลจากทะเลเป็นส่วนใหญ่ เนื่องมาจากว่าสามารถ ค้นพบได้ง่ายกว่าฟอสซิลที่อยู่บนบกเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่เป็นที่สนใจและผู้คนทั่วไปรู้จักกันดีที่สุดคือ เหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในช่วงยุคครีเตเชียส (Cretaceous) เมื่อราว 65 ล้านปีที่แล้ว ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ไดโนเสาร์ขนาดใหญ่สูญพันธุ์ทั้งหมด เมื่อทำการศึกษาพบว่าตั้งแต่ 550 ล้านปีก่อนเป็นต้นมา ได้เกิดการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ขึ้นทั้งหมดประมาณ 5 ครั้ง ซึ่งทำให้สิ่งมีชีวิตสูญพันธุ์ไปราวๆ 50% ของทั้งหมด เนื่องจากระยะเวลาที่เกิดขึ้นนานมาก การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ก่อนหน้ายุคครีเตเชียสมักลำบากในการศึกษารายละเอียด เพราะหลักฐานซากฟอสซิลสำหรับตรวจสอบมีหลงเหลือน้อยมาก