Barbara Palmer, z domu Villiers (ur. 12 maja 1641 w Londyn, zm. 9 października 1709 w Chiswick) – angielska arystokratka, kochanka króla Karola II Stuarta. Była jedynym dzieckiem Williama Villiersa, 2. wicehrabiego Grandison, i Mary Bayning, córki 1. wicehrabiego Bayning.
Życiorys Wcześnie straciła ojca, który zginął w 1643 r. walcząc po stronie rojalistów w wojnie domowej. Wyrosła na kobietę słynną z urody i licznych romansów. Jej pierwszym kochankiem był Philip Stanhope, 2. hrabia Chesterfield. Barbara poślubiła 14 kwietnia 1659 r. Rogera Palmera (1634–1705), syna sir Jamesa Palmera i Catherine Herbert, córki 1. markiza Powis. Małżeństwo to nie było udane i już w 1662 r. małżonkowie znaleźli się w separacji.
Od 1660 r. była kochanką króla Karola II, który w 1661 r. nadał jej mężowi tytuł hrabiego Castlemaine, a w 1670 r. Barbara została parem sou iure jako księżna Cleveland. Urodziła sześcioro dzieci, które zostały uznane przez króla: Anna Palmer (Fitzroy) (25 lutego 1661 – 16 maja 1722), żona Thomasa Lennarda, 1. hrabiego Sussex, lorda Teyhnama i Roberta Moore'a; Charles FitzRoy (18 czerwca 1662 – 9 września 1730), 2. książę Cleveland i 1. książę Southampton; Henry FitzRoy (28 września 1663 - 9 października 1690), 1. książę Grafton; Charlotte FitzRoy (5 września 1664 – 17 lutego 1718), żona Edwarda Lee, 1.