Mutacja spontaniczna to mutacja, która zachodzi w warunkach naturalnych, gdy nie została zidentyfikowana bezpośrednia przyczyna mutagenezy.
Spontaniczne mutacje zachodzą w komórkach organizmów stale, nawet bez narażenia na czynniki mutagenne. Są konsekwencją błędów podczas replikacji DNA, błędów w funkcjonowaniu enzymów naprawczych DNA, samoistnych przemian chemicznych nukleotydów i innych procesów zachodzących naturalnie w komórce.
Częstość występowania spontanicznych mutacji jest zwykle bardzo niska, rzędu 10^{ -5}-10^{ -8} na gen na pokolenie. Jednak w sumie genomu organizmu spontaniczne mutacje w znaczący sposób przyczyniają się do zmienności cech w populacjach.
Większość spontanicznych mutacji jest śmiertelna lub obojętna dla organizmu. Rzadziej prowadzą do pojawienia się nowych, przydatnych cech. Jednakże spontaniczną mutagenezę uważa się za główne źródło zmienności genetycznej w naturalnych populacjach i ważny czynnik ewolucji.