ทางหลวงสัมปทาน คือ ทางหลวงที่กรมทางหลวงได้ให้เอกชนสัมปทาน ตามกฎหมายว่าด้วยทางหลวงที่ได้รับสัมปทาน และได้ลงทะเบียนไว้เป็นทางหลวงสัมปทาน ซึ่งอธิบดีกรมทางหลวงเป็นผู้จัดให้ลงทะเบียนไว้ ณ กรมทางหลวง

พระราชบัญญัติทางหลวงสัมปทาน พ.ศ. 2542 ได้นิยามความหมายของทางหลวงสัมปทานไว้ว่า..."ทางที่รัฐให้สัมปทานแก่บุคคลใด ๆ ในการสร้างหรือบำรุงรักษา โดยเก็บค่าใช้ทาง ไม่ว่าในระดับพื้นดิน ใต้หรือเหนือพื้นดินหรือใต้หรือเหนืออสังหาริมทรัพย์อย่างอื่น และให้หมายความรวมถึงอุโมงค์ สะพาน เรือหรือพาหนะสำหรับขนส่งข้ามฟาก และท่าเรือสำหรับขึ้นหรือลงรถ ที่จัดไว้เพื่อประโยชน์แก่ทางหลวงสัมปทานด้วย"[3]

ในอดีตกรมทางหลวงเคยมีทางหลวงสัมปทาน 2 สาย ซึ่งหมดอายุสัมปทานไปแล้ว ได้แก่

• สายเนินหลังเต่า–บ้านทุ่งเหียง ระยะทาง 14.729 กิโลเมตร (ปัจจุบันกำหนดเป็นทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 3246)
• สายบูเก๊ะสามี–ดุซงยอ ระยะทาง 15 กิโลเมตร (ปัจจุบันกำหนดเป็นทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4055)

ปัจจุบันกรมทางหลวงมีทางหลวงสัมปทาน 1 สาย คือ ทางยกระดับอุตราภิมุข (ดอนเมืองโทลล์เวย์) เฉพาะช่วงทางยกระดับดินแดง–ดอนเมือง บนถนนวิภาวดีรังสิต

ทางหลวงสัมปทาน จะมีระบบหมายเลขทางหลวงเหมือนกับทางหลวงแผ่นดิน หรือทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองอย่างใดอย่างหนึ่ง ขึ้นอยู่กับลักษณะของทางหลวงสัมปทานนั้นว่า มีลักษณะเป็นทางหลวงแผ่นดินหรือทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง