Clarence Walton Lillehei (także: C. Walton Lillehei; ur. 23 października 1918 w Minneapolis, zm. 5 lipca 1999 w Saint Paul) – amerykański chirurg, pionier kardiochirurgii. W latach 50. XX wieku wykonywał pierwsze na świecie operacje na otwartym sercu ("ojciec chirurgii na otwartym sercu") i jest uważany za współtwórcę kardiochirurgii i chirurgii klatki piersiowej. Za zasługi dla rozwoju medycyny otrzymał w 1955 Nagrodę im. Alberta Laskera w dziedzinie klinicznych badań medycznych.
Życiorys Clarence Walton Lillehei urodził się w 1918 w Minneapolis i studiował medycynę na Uniwersytecie Minnesoty, który ukończył w 1942. Następnie został powołany do służby wojskowej i wysłany do Włoch, gdzie pracował w szpitalu polowym w Anzio. Po zakończeniu II wojny światowej powrócił na Uniwersytet Minnesoty, gdzie od 1949 był docentem chirurgii, a następnie do 1967 profesorem chirurgii i poświęcił się rozwojowi kardiochirurgii. 2 września 1950 brał udział w pierwszej na świecie operacji na otwartym sercu w hipotermii i kontynuował je na początku lat 50. XX w. Ta technika była niewystarczająca dla leczenia skomplikowanych wad serca i poszukiwał innych metod pozwalających na operacyjne leczenie skomplikowanych wad sercaPioneers of Heart Surgery.