ธรรมชาติวิทยา หรือ ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ หมายถึงคำรวมที่ใช้เรียกสรรพสิ่งทั้งหลายที่ปัจจุบันมองว่าเป็นศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์ที่มีความเฉพาะชัดเจน นิยามเกือบทั้งหมดรวมถึงการศึกษาสิ่งมีชีวิต (เช่น ชีววิทยา รวมทั้งพฤกษศาสตร์และสัตววิทยา) นิยามอื่นได้ขยายเนื้อหารวมไปถึง บรรพชีวินวิทยา นิเวศวิทยา ดาราศาสตร์ หรือชีวเคมี รวมทั้งธรณีวิทยาและฟิสิกส์ หรือแม้แต่อุตุนิยมวิทยา บุคคลผู้สนใจในธรรมชาติวิทยาเรียกว่า "นักธรรมชาติวิทยา"