Lokalisierung (auch Lokalisation, von lat. locus: der Ort) bezeichnet in der Robotik die Fähigkeit eines autonomen mobilen Roboters, seine Position in seiner Umgebung festzustellen. Lokalisierung ist einer der Kernpunkte der Navigation eines autonomen Roboters, da er nur auf dieser Grundlage den Weg zu seiner Zielposition bestimmen kann. Häufig genutzte Ansätze zur Lokalisierung sind Kreuzpeilung bekannter Landmarken oder Template-Matching der aktuellen Sensormessungen (auch Scan-Matching).
Die Position eines mobilen Roboters ist in den seltensten Fällen genau bekannt. In der Regel sorgt eine nicht bekannte Startposition oder Messungenauigkeiten während der Bewegung des Roboters für Unsicherheit bezüglich der Position des Roboters.
Das Problem der Lokalisierung ist mit dem Problem der Kartenbildung gekoppelt. Ohne eine Karte der Umgebung kann der Roboter seine Position in der Umgebung nicht bestimmen. Sind weder Position des Roboters noch die Karte der Umgebung bekannt, spricht man vom Simultaneous-Localization-and-Mapping-Problem.