คณิตศาสตร์โอลิมปิก (อังกฤษ: International Mathematical Olympiad: IMO) เป็นการแข่งขันคณิตศาสตร์ประจำปี ซึ่งมีคำถามอยู่หกข้อ คะแนนเต็ม 42 คะแนน สำหรับนักเรียนระดับก่อนมหาวิทยาลัย และเป็นโอลิมปิกวิชาการที่เก่าแก่ที่สุด[1] คณิตศาสตร์โอลิมปิกจัดขึ้นครั้งแรกในโรมาเนีย ใน พ.ศ. 2502 และจัดขึ้นทุกปีนับแต่นั้น ยกเว้นใน พ.ศ. 2523 ราว 100 ประเทศส่งทีมนักเรียนไม่เกินหกคนเข้าร่วมการแข่งขัน[2] บวกผู้นำทีมหนึ่งคน รองผู้นำทีมหนึ่งคน และผู้สังเกตการณ์[3] นับแต่ก่อตั้งใน พ.ศ. 2502 คณิตศาสตร์โอลิมปิกได้พัฒนาขึ้นและถือเป็นสุดยอดการแข่งขันคณิตศาสตร์ระหว่างนักเรียนระดับมัธยมศึกษาเนื้อหาที่สอบนั้นมีหลากหลายตั้งแต่ความรู้พื้นฐานสำหรับแคลคูลัสอันยากยิ่ง ไปจนถึงสาขาของคณิตศาสตร์ซึ่งโดยปกติไม่มีการเรียนการสอนที่โรงเรียน และมักไม่มีสอนในระดับมหาวิทยาลัยด้วย เช่น เรขาคณิตเชิงภาพฉาย (projective geometry) และเรขาคณิตเชิงซ้อน (complex geometry), สมการเชิงฟังก์ชัน (functional equation) และทฤษฎีจำนวนที่ต้องมีความรู้เป็นอย่างดี ซึ่งต้องอาศัยความรู้ในตัวทฤษฎีบทอย่างกว้างขวาง แม้จะอนุญาตให้ใช้วิธีแคลคูลัสหาคำตอบได้ แต่ผู้เข้าแข่งขันไม่ต้องมีความรู้เรื่องแคลคูลัส เพราะมีหลักการซึ่งทุกคนที่เข้าใจคณิตศาสตร์พื้นฐานควรเข้าใจปัญหา แม้ว่าการหาคำตอบจะต้องใช้ความรู้มากกว่านั้นมากก็ตาม ผู้สนับสนุนหลักการนี้อ้างว่า นี่เป็นการทำให้เกิดความเป็นสากลมากยิ่งขึ้นและสร้างสิ่งกระตุ้นที่จะค้นหาปัญหาที่งดงาม แสร้งดูเหมือนง่าย แต่ถึงกระนั้นต้องอาศัยความเฉลียวฉลาดช่างคิดในระดับสูงกระบวนการคัดเลือกตัวแทนแตกต่างกันไปตามประเทศ แต่มักประกอบด้วยการสอบหลายครั้งซึ่งจะคัดนักเรียนให้เหลือน้อยลงในการสอบแต่ละครั้ง รางวัลจะถูกมอบให้แก่ผู้แข่งขันที่ทำคะแนนสูงเป็นรายบุคคล ทีมไม่ได้ถูกยอมรับอย่างเป็นทางการ คะแนนทั้งหมดจะให้เฉพาะแก่ผู้เข้าแข่งขันเป็นรายบุคคลเท่านั้น แต่อย่างไม่เป็นทางการแล้ว คะแนนรวมของทีมมักถูกนำมาเปรียบเทียบบ่อยกว่าคะแนนรายบุคคล[4] ผู้เข้าแข่งขันจะต้องมีอายุต่ำกว่า 20 ปี และจะต้องยังไม่สมัครเข้าสถาบันอุดมศึกษาใด ๆ ภายใต้เงื่อนไขดังนี้ บุคคลสามารถเข้าแข่งขันคณิตศาสตร์โอลิมปิกกี่ครั้งก็ได้[5]