Een diesellocomotief is een locomotief die een dieselmotor als energiebron voor de aandrijving gebruikt. Dit is meteen het grootste probleem van een locomotief met een benzine- of dieselmotor als aandrijving. Het vermogen kan alleen naar die wielen gebracht worden als deze draait. Een versnellingsbak met een koppeling kan alleen bij kleine vermogens worden toegepast. Het koppel moet met behulp van een transmissie op de wielen worden gebracht. Een stoomlocomotief of een elektrische locomotief hebben dit nadeel niet.
Benzinemotoren zijn in de jaren 30 in gebruik geweest voor kleine rangeerlocomotieven, maar dieseltractie heeft bij de spoor- en lokale tramwegen al snel de overhand genomen.
Diesellocomotieven kunnen worden onderverdeeld naar hun overbrenging. De transmissie kan elektrisch, hydraulisch of mechanisch zijn.
De gebruikte dieselmotoren zijn meestal viertakt. Tweetaktmotoren komen in Nederland minder voor, voorbeelden zijn de voormalige serie NS 2900, en de EMD-locomotieven van het type Class 66.