细胞区室（英语：cellular compartment，亦称为细胞腔隙）是细胞生物学中使用的名词，包括所有真核生物的细胞质中封闭的部分，它们多被单层或双层的磷酸甘油酯所包围。细胞区室化允许生物膜将细胞内不同的空间分隔，形成各种各样的细胞器。这种分隔容许不同区室中有不同的pH值、不同的电势及酶系统等，并容许细胞在同一时间内进行不同的代谢活动。

绝大多数的细胞器均被视为是细胞区室，例如：线粒体、叶绿体（光合生物）、过氧化物酶体、溶酶体、内质网、细胞核及高尔基体。更小的元素，如囊泡，和有时甚至是微管等也计算在内。一般认为细胞区室化并不存在于原核生物的细胞内，但随着诸如羧酶体（carboxysome）及对细菌的微区室（bacterial microcompartment）的研究显示原核生物也有能力去对细胞器进行区室化。

在真核生物细胞内，可以识别出4种主要的细胞区室：

1. 包括细胞核在内的核室

2. 在内质网的膜之间的空间中（内膜系统）

3. 细胞器

4. 细胞质

细胞区室化不仅允许细胞内部形成不同的微环境，而且由于内膜系统的存在，令多种的细胞器互相联系起来。这种联系使得各细胞器之间能有序地进行有关物质交换、能量与信息传递等各种活动。这样的组织结构极大地提高了细胞的效率和复杂性，使得细胞能够同时进行多种代谢活动，而这些活动在空间上是分隔的，但在功能上却是相互依赖的。