胚胎幹細胞（Embryonic stem cells，簡稱作ES細胞），亦作胚性幹細胞，是從胚泡（早期胚胎階段）未分化的內部細胞團中得到的幹細胞。它們是萬能的，意味著它們可以發育成為身體內200多種細胞類型中的任何一種。胚胎幹細胞現在的研究階段仍是剛起步。許多研究仍建立在人類以外之動物模式。例如老鼠、牛或是羊等。
人類的胚胎幹細胞一般會在受精卵受精後第四至五日分化形成，由50-100個細胞組成。在人類的胚胎幹細胞因為幹細胞的取得來源涉及道德倫理上的約束，在幹細胞株上的建立有所爭議。因為幹細胞株必須取得人類胚胎，在經過培養純化等。因此許多人認為幹細胞株視同為人的一部份。
胚胎幹細胞具有萬能分化性（pluripotency）功能，特點是可以細胞分化(Cellular differentiation)成多種組織的能力，但無法獨自發育成一個個體。它可以差轉成為外胚層、中胚層及內胚層三種胚層的成員，然後再差轉成為人體的220多種細胞種類。萬能分化性是胚胎幹細胞與在成年人體內可找到的多功能幹細胞的主要分別：多功能幹細胞只能差轉成為某幾種特定的細胞種類。在無外界提供差轉的刺激之下(即可在實驗環境下生長)，胚胎幹細胞在經過多重細胞分裂之後，仍然能保有萬能分化性。成人幹細胞能否保有萬能分化性，直到現在仍然有爭議。不過，有研究已示範了萬能幹細胞可以從成纖維細胞集叢產生出來。
