Arquitetura colonial brasileira é o nome dado ao conjunto de obras realizadas durante o período colonial brasileiro, mais precisamente entre os séculos XVI e início do século XIX. Características comuns, como tipologia dos edifícios ou técnicas construtivas, permitem datar as construções dessa época. É uma arquitetura vasta, marcada por diversos estilos arquitetônicos surgidos ao longo daqueles séculos: renascentista, maneirista, barroco, rococó e neoclássico. 

O processo de colonização do território brasileiro é imposto pela Coroa portuguesa a partir de 1500. Nessa época, são realizadas obras simples, como os fortes para proteger o território de inimigos ou os entrepostos comerciais, geralmente localizados próximos à costa. Essas construções são comumente constituídas de paliçadas de madeira, sendo o Forte de São Tiago (atual Forte de São João), localizado em Bertioga e datado de 1534, a fortaleza mais antiga ainda preservada.  

A partir da divisão das terras brasileiras em capitanias hereditárias concedidas aos donatários pela Coroa portuguesa em 1534, inicia-se um tímido processo de urbanização, com a formação de vilas e aglomerados urbanos. Em 1549, Tomé de Souza (1503-1579) funda a cidade de Salvador, sede do Governo Geral. É possível identificar na capital baiana traços do planejamento urbanístico português das cidades costeiras: são urbanizadas as partes mais elevadas do terreno, com construção de igrejas, edifícios institucionais e residências dos nobres, em contraposição à ocupação das regiões mais próximas da costa por infraestruturas comerciais, o que subdivide o centro urbano em uma cidade alta e uma cidade baixa. Dessa forma, o traçado urbano adapta-se ao relevo.

Durante esse período, as correntes artísticas europeias são trazidas para o Brasil, porém adaptadas aos materiais e à mão de obra locais. No primeiro momento, é comum o uso de pau a pique, técnica que entrelaça madeiras verticais presas ao solo e que preenche o encontro dessas madeiras com barro ou a taipa de pilão, técnicas que consistem em misturar o barro com pedras pequenas ou cascalhos.

De maneira geral, é possível subdividir a arquitetura colonial brasileira em duas categorias: a arquitetura urbana e a arquitetura rural. Na primeira, é possível observar uma tipologia homogênea das residências: o número de pavimentos, a área e a planta são geralmente definidos pelas legislações municipais. São casas térreas ou sobrados dispostos lado a lado, com plantas estreitas e alongadas. A arquitetura rural, por sua vez, é caracterizada pela construção de residências com ambientes mais generosos e iluminados, como chácaras, ou de infraestruturas destinadas à monocultura e exportação de produtos, como os engenhos de açúcar. Nestes estão presentes a casa grande, com diversos ambientes e varandas com alpendres, destinada para o uso das famílias mais ricas; a senzala, para a população escravizada; e a capela.

A arquitetura das igrejas se diferencia de acordo com as ordens religiosas a que pertencem: jesuítas, franciscanos, carmelitas e beneditinos. Inicialmente, as construções religiosas se resumem a capelas. Ao longo do tempo, essas edificações assumem o maneirismo português, marcado por formas geométricas básicas, poucos adornos e superfícies brancas. Um exemplo desse estilo arquitetônico é a Igreja Nossa Senhora da Graça, construída  pelos jesuítas na cidade de Olinda em 1551. Esta ordem religiosa se torna a mais poderosa nos primeiros séculos de colonização e, portanto, desenvolve mais projetos em território brasileiro, geralmente constituídos pelo complexo formado de igreja, colégio e alojamentos para padres e bispos. A cidade de São Paulo, por exemplo, é fundada a partir da construção do Pátio do Colégio para catequização de indígenas, em 1554. 

A partir do século XVIII, a arquitetura religiosa passa a rebuscar fachadas e interiores, influenciada tardiamente pelo barroco europeu. Surge maior interesse pelo detalhamento escultórico, pelas pinturas e pela aplicação de formas curvilíneas. A prosperidade promovida pela mineração estimula o processo de urbanização no país e inúmeros edifícios barrocos são construídos na região de Minas Gerais, grande pólo minerador da época. Os centros históricos das cidades de Mariana e Ouro Preto são emblemáticos dessa época. É desse período o arquiteto e escultor mineiro Antônio Francisco Lisboa, o Aleijadinho (1738-1814), grande expoente da arte colonial no país e representante dos estilos barroco e rococó. O artesão esculpe diversas fachadas de igrejas e esculturas com pedra-sabão e madeira, que caracterizam muitas das cidades mineiras. 

Os princípios neoclássicos e sua busca por racionalidade e harmonia influenciam a arquitetura do Brasil em meados do século XVIII. Os detalhes decorativos dão lugar a grandes pórticos com colunas e composições simétricas. Em 1808, ano de chegada da família real ao Brasil, é construído o Real Teatro São João, no Rio de Janeiro, projeto baseado no teatro neoclássico de Lisboa. 

Grande parte das obras e cidades coloniais brasileiras se descaracteriza ao longo do tempo devido à falta de organização institucional para proteção do patrimônio histórico brasileiro. Esse cenário começa a se alterar com a criação do Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (Iphan) em 1937. Muitas obras são tombadas pela instituição e reconhecidas como patrimônio mundial pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (Unesco). 

A arquitetura colonial brasileira é multifacetada, construída por um longo período histórico. Revela aspectos sociais, econômicos e culturais da história da arte e da arquitetura brasileira e, por isso, se configura como patrimônio material e imaterial nacional.