Uma mutação espontânea é uma mutação que ocorre em condições naturais quando a causa direta da mutagênese não foi identificada.
Mutações espontâneas ocorrem constantemente nas células dos organismos, mesmo sem exposição a fatores mutagênicos. São consequência de erros durante a replicação do DNA, erros no funcionamento das enzimas de reparo do DNA, transformações químicas espontâneas de nucleotídeos e outros processos que ocorrem naturalmente na célula.
A incidência de mutações espontâneas é geralmente muito baixa, da ordem de 10^{ -5}-10^{ -8} por gene por geração. Porém, na soma do genoma de um organismo, as mutações espontâneas contribuem significativamente para a variabilidade das características nas populações.
A maioria das mutações espontâneas são letais ou neutras para o organismo. Com menos frequência, levam ao surgimento de novas características úteis. Contudo, a mutagênese espontânea é considerada a principal fonte de variação genética em populações naturais e um importante fator na evolução.