สายการบินเช่าเหมาลำ (อังกฤษ: charter airline หรือ air charter) เป็นสายการบินที่ให้บริการเช่าเหมาลำโดยเฉพาะ ไม่มีการบินแบบประจำ บางสายการบินจัดที่นั่งแบบมีแต่ชั้นประหยัด คล้ายสายการบินต้นทุนต่ำ บางสายการบินมีที่นั่งชั้นธุรกิจ และ/หรือ ชั้นหนึ่งเพิ่มมาด้วย หรืออาจมีเครื่องบินขนาดเล็ก (ขนาดเครื่องบินส่วนตัว) ให้บริการเช่าเหมาลำ ซึ่งเหมาะสำหรับผู้โดยสารจำนวนน้อย และ/หรือ สนามบินที่มีรันเวย์ขนาดเล็กหรือสั้นสายการบินโดยทั่วไปบางรายอาจมีบริการเช่าเหมาลำด้วยเช่นกัน โดยอาจต้องเป็นไปตามเงื่อนไขที่สายการบินกำหนด เช่น