10个亚科，详见内文
天牛科（学名：Cerambycidae），其物种通称作天牛，是鞘翅目昆虫的一个科。已知26,000种以上，分布于全世界，当中有稍微多于一半分布于东半球。这些物种以食草动物为主，包括多种严重的害虫。其物种的幼体会钻进木材里，不单会破坏林木，连木构建的建筑物亦会被破坏。当中以在室内引起的问题尤为严重。有不少物种会在其外形模仿其他物种，例如：蚂蚁、蜂族及黄蜂等，尽管绝大多数都会依靠保护色。来自南美洲东北部的泰坦大天牛（）一般都公认为体型最大的天牛（但不是最重的，而且连腿一起量度的话也变了不是最长），其已知最大的体长可达16.7 cm（6.6英寸）。天牛科物种皆为完全变态的昆虫，其一生会经历由卵→幼虫→蛹→成虫四个阶段。成虫的身体前后细长，其触角、腿及一对大颚十分显眼。
天牛科的学名源于希腊神话角色：牧羊人Cerambus（英语：Cerambus）在与海怪宁芙争辩之后，被变成了一只有角的大甲虫。这只大甲虫就是天牛。
本科物种分布于全世界（英语：Cosmopolitan distribution），从热带至亚寒带，见于陆上的多年生植物。当中有稍微多于一半分布于东半球。
如同大多数物种数量庞大的科一样，不同文献对本科物种的再细分亦有不同意见：有些亚科在其他文献会被提升到科级（例如：瘦天牛科（英语：Disteniidae） Disteniidae、Oxypeltidae（英语：Oxypeltidae）及Vesperidae（英语：Vesperidae）），又或再拆细成多个亚科。这些差异，都影响到组成天牛科物种的稳定性，造成争议。这问题主要是由于作为“天牛”整个族群来说，甚或单单指天牛的成虫也好，都无法有一个具体的描述：无论选择怎么去描述这个群体，结果总会有些例外的物种又或种群；这使整个科及其在亲缘关系最接近的分类单元的构成，在系统分类学中成为一个分类难度较大的群体，各种血统的关系至今仍然知之甚少。
现时的天牛科在普遍接受的昆虫分类中，属于鞘翅目多食亚目之下的金花虫总科；同一总科之下尚有其天牛物种的科。
本科次一级的分类视乎不同文献而有六个、十个到13个亚科。以下综合上述文献成为下列15个亚科：
