ทฤษฎีสารสนเทศ (อังกฤษ: information theory) เป็นสาขาหนึ่งใน ทฤษฎีความน่าจะเป็น และคณิตศาสตร์เชิงสถิติ ขอบข่ายเนื้อหาของทฤษฎีนี้จะเกี่ยวข้องกับสารสนเทศ, เอนโทรปีของสารสนเทศ, ระบบการสื่อสาร, การส่งข้อมูล, ทฤษฎีอัตราการบิดเบือน, วิทยาการเข้ารหัสลับ, สัดส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน, การบีบอัดข้อมูล, การแก้ความผิดพลาด และหัวข้ออื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง คำแปลที่ตามราชบัณฑิต คือ "ทฤษฎีสารสนเทศ" นี้ มาจากคำว่า "information theory" ซึ่งคำว่า information เป็นคำเดียวกันกับที่หมายถึง สารสนเทศ แต่เนื่องจากความหมายของ information theory นั้นจะเกี่ยวเนื่องกับ เนื้อความในแง่ของสัญญาณ จึงอาจจะใช้คำว่า ทฤษฎีข้อมูล แทนความหมายของสารสนเทศ ที่เป็นในแง่ของเนื้อหาข่าวสาร และ สื่อตัวกลาง หรือสื่อบันทึกในบางกรณีตัวอย่างของการนำทฤษฎีสารสนเทศมาประยุกต์ใช้ ได้แก่ ZIP Files, เครื่องเล่นเอ็มพีสาม , อินเทอร์เน็ตความเร็วสูงดีเอสแอล, อุปกรณ์สื่อสารไร้สาย อาทิ โทรศัพท์มือถือ วิทยุสื่อสาร, เครื่องเล่นซีดี และการศึกษาเกี่ยวกับหลุมดำ เป็นต้น