ทฤษฎีกรุป (อังกฤษ: Group theory) เป็นการศึกษาเรื่องสมมาตรด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ โดยใช้โครงสร้างที่เรียกว่ากรุป ซึ่งก็คือเซตและการดำเนินการทวิภาคแบบปิดโดยสอดคล้องกับสมบัติสามข้อต่อไปนี้ทฤษฎีกรุปใช้ในคณิตศาสตร์และยังมีการประยุกต์ใช้ในทั้งฟิสกส์และเคมี กรุปสามารถเป็นได้ทั้งกรุปจำกัดหรือกรุปอนันต์ การจัดแบ่งประเภทของกรุปจำกัดอย่างง่ายซึ่งเสร็จสิ้นในปี ค.ศ.1983 นั้น ถือเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ประการหนึ่งของคณิตศาสตร์ในศตวรรษที่ 20