Detekcja fal grawitacyjnych – eksperyment mający na celu wykrycie i zbadanie własności fal grawitacyjnych – znikomo małych zaburzeń czasoprzestrzeni, których istnienie przewidywane jest przez ogólną teorię względności Alberta Einsteina.
Detektory fal grawitacyjnych budowane są od lat 60. XX wieku. Pierwsze zarejestrowanie fali miało miejsce 14 września 2015 przez detektory LIGO w Stanach Zjednoczonych.
W dniu 17 sierpnia 2017 udało się po raz pierwszy wykryć powiązaną ze sobą emisję fal grawitacyjnych oraz elektromagnetycznych przez obiekt astronomiczny. Źródłem emisji był zlewający się układ podwójny gwiazd neutronowych znajdujący się w odległości 130 milionów lat świetlnych od Ziemi. W odkryciu wziął udział m.in. detektor LIGO (fale grawitacyjne) oraz satelita Fermi GST (promieniowanie gamma). Było to przełomem w astronomii wieloaspektowej (ang. multi-messenger astronomy).
Pierwsza generacja detektorów fal grawitacyjnych powstała z inicjatywy Josepha Webera z University of Maryland. Kiedy Weber zaczynał swoje eksperymenty, wielu naukowców nie miało przekonania co do istnienia fal grawitacyjnych, a szczególnie możliwości ich detekcji.