细胞骨架（汉语拼音：Xibao Gujia；英语：Cytoskeleton），细胞内构成网架结构的蛋白质纤维。包括遍及细胞质的微丝系统、微管系统和中间丝系统。在高压电镜下所见细胞质基质中的微梁系统，由于与上述三者关系密切，也有人将它归入细胞骨架之中。

在相差显微镜下观察培养细胞，能见到胞质中有致密的平行排列、直径为5～6纳米的直纤维，称为微丝。微丝是肌动蛋白在非肌肉细胞中存在的形式。

微管普遍存在于真核细胞中，大多见于细胞质，直径20～25纳米，主要由微管蛋白构成。胞质微管十分不稳定，时而解聚为微管蛋白亚单位，时而又重新聚合成微管。微管聚合是不对称的，因为两端的聚合和解聚速率不等，导致一端的长度生长快，另一端生长慢甚至缩短。在细胞分裂时期，细胞的胞质微管完全消失，而有丝分裂器形成。在细胞分裂后，胞质微管又重新出现。

直径介于微丝和微管之间可称间丝。它们可分为5类 ，即角蛋白丝、结蛋白丝、波形蛋白丝、神经原纤维和胶质纤维。各自由不同的化学亚单位组成，彼此在抗原性方面也不同。

微丝和微管的功能有维持细胞的形状，参与非肌肉细胞的运动，如胞质川流运动、变形运动等。

在细胞分裂中微丝微管起着重要的作用。微管在有丝分裂中对染色体运动的作用，虽然已有多年的研究，但还没有透彻的了解。一般认为在大多数细胞中染色体的移动需要有两组不同的微管，一组是染色体微管，另一组是极间微管 。然后通过染色体微管缩短与极间微管的延长的两者协调过程，最后将染色体分开。胞质的分裂是由于连接在膜上的肌动蛋白纤维和肌球蛋白相互作用，产生收缩，并与分裂沟下面环绕着一层致密的微丝称为收缩环的连合在一起而产生赤道板区膜的收缩，使子细胞分开。