โทรทัศน์ความละเอียดสูง (อังกฤษ: High-definition television - HDTV) เป็นการถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ ที่มีความละเอียดของภาพ มากกว่าระบบถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์แบบดั้งเดิม (คือระบบเอ็นทีเอสซี, ซีแคม และพาล) โดยสัญญาณดังกล่าวจะแพร่ภาพด้วยระบบโทรทัศน์ดิจิตอล
การถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ความละเอียดสูง สามารถให้ความละเอียดสูงสุด 1920x1080 จุดภาพ (Pixel) ซึ่งมีชื่อเรียกว่า โทรทัศน์ความละเอียดสูงเต็มรูปแบบ (Full HD) ซึ่งเป็นระดับสูงสุดที่สัญญาณภาพจะสามารถรองรับ ระบบการออกอากาศสัญญาณโทรทัศน์ความละเอียดสูง (High-Definition Broadcast) สำหรับความละเอียดของภาพ ที่สามารถแสดงบนจอโทรทัศน์ความละเอียดสูง ในปัจจุบันสูงถึง 3840x2160 จุดภาพ หรือที่เรียกว่า Quad HD ซึ่งเกินจากความสามารถที่สัญญาณโทรทัศน์จะส่งได้ แต่ใช้เฉพาะกับการแสดงภาพความละเอียดสูงจากช่องทางอื่น
บริษัท กระจายเสียงและแพร่ภาพแห่งชาติสหรัฐอเมริกา เป็นสถานีโทรทัศน์แห่งแรกของโลก ที่ถ่ายทอดโทรทัศน์ความละเอียดสูง ตั้งแต่ราวคริสต์ทศวรรษที่ 1980 จากนั้นมีการแพร่หลายไปยังทวีปยุโรปในเวลาไม่นานนัก ซึ่งปัจจุบันการออกอากาศในรูปแบบนี้ นับเป็นเรื่องปกติสำหรับประเทศที่พัฒนาแล้ว วัดจากที่ประมาณการว่า ร้อยละ 90 ของประเทศที่พัฒนาแล้ว ออกอากาศโทรทัศน์ในระบบนี้ทั้งหมด นับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2551 รวมทั้งมีข้อบังคับให้เครื่องรับโทรทัศน์ ที่ผลิตตั้งแต่ปี พ.ศ. 2550 เป็นต้นไป ต้องมีอุปกรณ์รับสัญญาณโทรทัศน์ความละเอียดสูงในตัว โดยอาจต้องต่ออุปกรณ์เสริมบ้างเล็กน้อย และกำหนดให้สัดส่วนของจอภาพเป็น 16:9 ทั้งหมด
สถานีโทรทัศน์ของบริษัท กระจายเสียงแห่งอังกฤษ (BBC) ทำการทดลองออกอากาศโทรทัศน์ ด้วยความละเอียดขนาด 7680x4320 จุดภาพ โดยเพิ่มความละเอียดขึ้นด้านละ 4 เท่า รวมทั้งหมด 16 เท่าจากโทรทัศน์ความละเอียดสูงเต็มรูปแบบ ถ่ายทำด้วยกล้องพิเศษชื่อ ซูเปอร์ ไฮ-วิชัน (Super Hi-Vision) ซึ่งปัจจุบันมีสามชุดในโลก สำหรับข้อมูลภาพที่ได้จากกล้องชุดนี้ มีขนาด 24 จิกะไบต์ต่อวินาที หากบันทึกวิดีโอดังกล่าวด้วยจานบันทึกแบบแข็งขนาด 1 เทเลไบต์ จะได้ระยะเวลาประมาณ 5 นาที แต่ใช้อุปกรณ์ส่งข้อมูลเฉพาะ ผ่านเคเบิลใยแก้วนำแสง เพื่อไปแสดงผลด้วยจอภาพพลาสมาขนาด 103 นิ้ว ซึ่งเอ็นเอชเคผลิตขึ้นเฉพาะการนี้ และบีบีซีมีโครงการจะทดลองออกอากาศด้วยระบบนี้ ในการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูร้อน 2012 ที่กรุงลอนดอน ส่วนเอ็นเอชเคคาดว่าในปี พ.ศ. 2563 จะออกอากาศจริงด้วยระบบนี้ ผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต
ประเทศไทยเป็นชาติที่สาม ของภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ที่เริ่มออกอากาศโทรทัศน์ความละเอียดสูงผ่านดาวเทียม โดยทรู วิชันส์ ทำการทดลองออกอากาศเป็นแห่งแรก ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2550 และเริ่มออกอากาศอย่างเป็นทางการ เมื่อวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2553 ด้วยระบบโทรทัศน์ดิจิตอล ดีวีบี-เอส 2 (เอ็มเพ็ก 2/เอชดี) ผ่านดาวเทียมไทยคม 5 ในระบบเคยู-แบนด์ และผ่านโทรทัศน์เคเบิลระบบดิจิตัล ดีวีบี-ซี 2 ในสามช่องรายการ คือทรู สปอร์ต เอชดี, เอชบีโอ เอชดี และทรู เรียลิตี เอชดี
ก่อนหน้านี้ เมื่อวันที่ 9 กันยายน พ.ศ. 2552 เครือข่ายโทรทัศน์ดาวเทียมเอ็มคอท ดำเนินการทดลองถ่ายทอดสดโทรทัศน์ความละเอียดสูง ผ่านดาวเทียมและเครือข่ายอินเทอร์เน็ตเป็นครั้งแรก ในพิธีเปิดการแข่งขันกีฬาแห่งชาติครั้งที่ 38 จากจังหวัดตรัง และในราวกลางปี พ.ศ. 2554 ทรู วิชันส์ออกอากาศเพิ่มอีก 9 ช่องโทรทัศน์ความละเอียดสูงคือ ทรู สปอร์ต เอชดี 2, เนชันแนล จีโอกราฟิก แชนแนล เอชดี, ดิสคัฟเวอรี เวิลด์ เอชดี, สตาร์ มูฟวีส์ เอชดี, ฟ็อกซ์ แฟมิลี มูฟวีส์ เอชดี, เอเอ็กซ์เอ็น เอชดี, เคเอ็มทีวี เอชดี, ไอ-คอนเสิร์ตส์ เอชดี และทีเอ็นเอ็น 24 เอชดี โดยสมาชิกต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่ เพื่อรองรับระบบโทรทัศน์ความละเอียดสูง จึงจะสามารถรับชมได้ ต่อมา ตั้งแต่วันที่ 21 พฤษภาคม พ.ศ. 2554 สถานีโทรทัศน์ไทยพีบีเอส เป็นบริการโทรทัศน์ภาคพื้นดิน แบบไม่เสียค่าใช้จ่ายในการรับชมช่องแรก ที่ดำเนินการออกอากาศโทรทัศน์ความละเอียดสูง ผ่านดาวเทียมไทยคม 5 ในระบบซี-แบนด์ โดยต้องใช้กล่องรับสัญญาณที่รองรับระบบดีวีบี-เอส 2 และผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ในเว็บไซต์ไทยพีบีเอส
ต่อมา คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ อนุญาตให้กรมประชาสัมพันธ์ (กปส.), บริษัท อสมท จำกัด (มหาชน), สถานีวิทยุโทรทัศน์กองทัพบก (ททบ.) และองค์การกระจายเสียงและแพร่ภาพสาธารณะแห่งประเทศไทย (ส.ส.ท.) ร่วมกันทดลองออกอากาศโทรทัศน์ระบบดิจิทัล โดยมอบหมายให้ ททบ.เป็นผู้ดำเนินการ ตั้งแต่เวลา 13:00 น. ของวันศุกร์ที่ 25 มกราคม จนถึงเวลา 12:59 น. ของวันพุธที่ 24 กรกฎาคม พ.ศ. 2556 เป็นระยะเวลา 6 เดือน ในย่านความถี่ยูเอชเอฟ ช่องสัญญาณที่ 36 ซึ่งแบ่งออกเป็น 8 ช่องรายการ โดยในจำนวนนี้มี 2 ช่องรายการ ที่ดำเนินการทดลองออกอากาศ โทรทัศน์ความละเอียดสูง กล่าวคือช่องหนึ่งจะกระจายเสียงและแพร่ภาพ รายการโทรทัศน์ความละเอียดสูงซึ่งผลิตโดย ททบ. ส่วนอีกช่องหนึ่งจะทวนสัญญาณ จากช่องรายการของไทยพีบีเอส ซึ่งออกอากาศในระบบความละเอียดสูงผ่านดาวเทียมอยู่แต่เดิม โดยมีรัศมีรอบเสาส่งสัญญาณบนยอดอาคารใบหยก 2 เป็นระยะทาง 80 กิโลเมตร ครอบคลุมเขตกรุงเทพมหานครและปริมณฑล
สำหรับบริการโทรทัศน์ความละเอียดสูง เปิดผ่านระบบบอกรับเป็นสมาชิก บนเครือข่ายอินเทอร์เน็ตความเร็วสูงของทรีบรอดแบนด์ โดยสามารถเชื่อมต่อกล่องรับสัญญาณ เข้ากับเครื่องรับโทรทัศน์ซึ่งสามารถรองรับ โทรทัศน์ดิจิทัลและไอพีทีวี
หลังจากสิ้นสุดการทดลองไปไม่นาน คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ ได้จัดการประมูลระบบโทรทัศน์ดิจิทัลขึ้น โดยในหมวดโทรทัศน์ดิจิตัลความละเอียดสูงจะมีทั้งหมด 7 ช่องรายการ และมีในหมวดอื่นๆ อีก 17 ช่องโดยใช้ความละเอียดปกติ คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ สามารถทำรายได้เข้ารัฐบาลจากการประมูลระบบโทรทัศน์ดิจิทัลทีวีได้สูงถึง 50,862 ล้านบาท โดย 23,700 ล้านบาทเป็นรายได้รวมทั้งหมดของระบบโทรทัศน์ความละเอียดสูง
สิงคโปร์เป็นประเทศแรก ของภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ที่ดำเนินการออกอากาศโทรทัศน์ความละเอียดสูง ตั้งแต่ราวต้นปี พ.ศ. 2551 ตามด้วยมาเลเซีย ไทย ลาว ซึ่งเริ่มออกอากาศในระบบนี้เป็นครั้งแรก ผ่านการถ่ายทอดสด แอลทีวีซัมเมอร์ จากโรงเรียนแห่งชาติลาว ระหว่างวันที่ 3-7 พฤษภาคม พ.ศ. 2553 เวลา 09:00-15:30 น. หลังจากนั้น ฟิลิปปินส์และเวียดนาม ก็ดำเนินการตามมา นอกจากนี้ ยังดำเนินการออกอากาศโทรทัศน์ความละเอียดสูง ในโอกาสพิเศษต่างๆ อาทิ ถ่ายทอดสดการประชุมสุดยอดอาเซียนครั้งที่ 15 จากโรงแรมดุสิตธานีหัวหิน อำเภอหัวหิน จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ ระหว่างวันที่ 23-25 ตุลาคม พ.ศ. 2552 ผ่านดาวเทียมเอเชียแซต-5 เพื่อแพร่ภาพสู่ประเทศสมาชิก
