Variaatiolaskenta on matemaattisen analyysin ala, joka käsittelee tiettyihin integraaleihin liittyviä ääriarvotehtäviä. Variaatiolaskenta on matemaattisen optimoinnin teoria: siinä etsitään reaaliarvoisen funktion minimi- ja maksimipisteitä.
Klassisessa variaatiolaskennassa käsiteltävät ongelmat ovat yleensä peräisin fysiikasta tai geometriasta, kun taas moderni teoria saa innoituksensa esimerkiksi taloustieteistä, tietotekniikasta, kemiasta, tai biologiasta.