Vektoriavaruus eli lineaariavaruus on matemaattinen joukko, jolle on määritelty kaksi laskutoimitusta: alkioiden summa ja skalaarilla kertominen.
Vektoriavaruus on lineaarialgebran peruskäsite, jota käytetään paljon erityisesti matriisilaskennassa ja funktionaalianalyysissa. Vektoriavaruuden alkioita kutsutaan vektoreiksi.