เครือข่ายซ้อนทับ (อังกฤษ: overlay network) หมายถึง เครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่ถูกสร้างให้อยู่ชั้นบนถัดจากเครือข่ายอื่น ๆ ที่มีอยู่แล้ว เช่น อยู่ชั้นบนของเครือข่ายระดับเดียวกัน (peer-to-peer network) โหนดต่าง ๆ ที่อยู่ภายในเครือข่ายซ้อนทับสามารถถูกเชื่อมต่อกันได้ในลักษณะที่เรียกว่า เสมือนจริง หรือ virtual หรือ logical links ซึ่งแต่ละลิงก์ อาจจะเชื่อมโยงกันผ่านกับโหนดอื่น ๆ ที่ตั้งอยู่ห่างไกลในระยะทางของเครือข่ายจริง หรือ underlying networkตัวอย่างเช่น ในระบบเครือข่ายแบบกระจาย (distributed systems) เช่น cloud computing เครือข่ายระดับเดียวกัน ระบบ client-server applications ต่างทำงานบนพื้นฐานของเครือข่ายซ้อนทับ เพราะโหนดเหล่านี้ต้องปฏิบ้ติการอยู่ชั้นบนระดับอินเทอร์เน็ต ถูกสร้างขึ้นให้ซ้อนทับอยู่ชั้นบนของเครือข่ายที่เชื่อมโยงกันด้วยระบบโทรศัพท์[1]