《天体运行论》（拉丁文：De revolutionibus orbium coelestium）是波兰天文学家哥白尼所著的一本讲述他自己的天文学说的著作。
1506年，哥白尼在回国任教士不久，开始写作《天体运行论》。1512年，哥白尼把他任职城堡西北角的箭楼建为自己的小型天文台，用自制简陋的仪器进行天文观测，计算、研究。他在《天体运行论》一书中所引用的27个观测数据，大部分是在这里记录下来的。约在1536年，哥白尼写成了《天体运行论》，创立了“日心说”。1543年，《天体运行论》出版。由于哥白尼害怕引起各方面的攻击，他在书的序中写明将他的著作献给教宗保禄三世。他认为，在教皇的庇护下，《天体运行论》也许可以问世。除了这篇序之外，《天体运行论》还有另外一篇教士安德烈亚斯·奥西安德写的前言。当时哥白尼重病在身，委托这位教士出版发行。奥西安德尔为使这书能安全发行，假造了一篇无署名的前言，说书中的理论不一定为行星在空间的真正运动，不过是为编算星表、预推行星的位置而想出来的一种人为的设计。这篇前言在半个多世纪的时间里，骗过了许多人。
据说，1543年5月24日，垂危的哥白尼在病榻上见到了从纽伦堡寄来的《天体运行论》样书。他只摸了摸书的封面，便与世长辞了，但据记载，哥白尼在著作出版前半年已因脑中风丧失知觉，并长期昏迷在床。
《天体运行论》出版后很少引起人们的注意。一般人不懂，而许多天文工作者只把这本书当作编算行星星表的一种方法。《天体运行论》在出版后七十年间，曾经遭到马丁·路德的斥责：，但未引起罗马教廷的注意。后来布鲁诺和伽利略公开宣传日心说，危及了教会的统治，罗马教廷才于公元1616年把《天体运行论》列为禁书。
《天体运行论》中的天体实际上是指天球，因为哥白尼并没有抛弃托勒密天文学中的天球概念。行星仍然是被镶嵌在水晶球壳中，随着球壳运转。哥白尼本人也没有想摆脱托勒密传统。
《天体运行论》不是革命的文本，是开启革命的文本。
《天体运行论》共六卷。
