Spontaani mutaatio on mutaatio, joka tapahtuu luonnollisissa olosuhteissa, kun mutageneesin suoraa syytä ei ole tunnistettu.
Spontaaneja mutaatioita esiintyy organismien soluissa jatkuvasti, jopa ilman altistumista mutageenisille tekijöille. Ne ovat seurausta virheistä DNA:n replikaation aikana, virheistä DNA:n korjausentsyymien toiminnassa, nukleotidien spontaaneista kemiallisista transformaatioista ja muista solussa luonnostaan tapahtuvista prosesseista.
Spontaanien mutaatioiden ilmaantuvuus on yleensä hyvin alhainen, luokkaa 10^{ -5}-10^{ -8} geeniä kohden sukupolvea kohden. Kuitenkin organismin genomin summassa spontaanit mutaatiot vaikuttavat merkittävästi populaatioiden ominaisuuksien vaihteluun.
Useimmat spontaanit mutaatiot ovat tappavia tai neutraaleja organismille. Harvemmin ne johtavat uusien hyödyllisten ominaisuuksien syntymiseen. Spontaania mutageneesiä pidetään kuitenkin pääasiallisena geneettisen vaihtelun lähteenä luonnollisissa populaatioissa ja tärkeänä tekijänä evoluutiossa.