Głęboka homologia – wspólny mechanizm genetyczny regulujący powstawanie morfologicznie i filogenetycznie odległych cech danych organizmów, związany z istnieniem genów homeotycznych w homeoboksach (ang. homeobox). Definicja ta bywa uznawana przez niektórych autorów za niewystarczająco precyzyjną).
Termin „głęboka homologia” został wprowadzony w 1997 roku przez Neila Shubina i współpracowników, którzy spostrzegli duże podobieństwa w regulacji genetycznej wykształcania narządów takich, jak skrzydła owadów i kończyny kręgowców (wcześniej ukazały się publikacje W.J. Gehringa i jego współpracowników). Cechy powstałe w wyniku tego mechanizmu są homoplastyczne, ponieważ nie występowały u ostatniego wspólnego przodka wykazujących je taksonów, jednak geny odpowiedzialne za ich rozwój są homologiczne. Odkrycie głębokich homologii dowiodło, że nowe struktury nie muszą być wynikiem mutacji, lecz mogą ewoluować w wyniku „uruchomienia” genetycznego mechanizmu, który powstał u znacznie starszych filogenetycznie organizmów.