En spontan mutasjon er en mutasjon som oppstår under naturlige forhold når den direkte årsaken til mutagenese ikke er identifisert.
Spontane mutasjoner forekommer i cellene til organismer konstant, selv uten eksponering for mutagene faktorer. De er en konsekvens av feil under DNA-replikasjon, feil i funksjonen til DNA-reparasjonsenzymer, spontane kjemiske transformasjoner av nukleotider og andre prosesser som forekommer naturlig i cellen.
Forekomsten av spontane mutasjoner er vanligvis svært lav, i størrelsesorden 10^{ -5}-10^{ -8} per gen per generasjon. Imidlertid, i summen av genomet til en organisme, gir spontane mutasjoner et betydelig bidrag til variasjonen av egenskaper i populasjoner.
De fleste spontane mutasjoner er dødelige eller nøytrale for organismen. Sjeldnere fører de til fremveksten av nye nyttige egenskaper. Imidlertid regnes spontan mutagenese som hovedkilden til genetisk variasjon i naturlige populasjoner og en viktig faktor i evolusjon.