层级数据格式（Hierarchical Data Format：HDF）是设计用来存储和组织大量数据的一组文件格式（HDF4，HDF5）。它最初开发于美国国家超级计算应用中心，现在由非营利社团HDF Group支持，其任务是确保HDF5技术的持续开发和存储在HDF中数据的持续可访问性。
伴随着这个目标，HDF库和相关工具可在自由的类BSD许可证下获得用于一般使用。HDF被很多商业和非商业软件平台所支持，包括Java、MATLAB、Scilab、Octave、Mathematica、IDL、Python, R, Fortran和Julia。可免费获得的HDF发行中包括了库，命令行实用程序，测试包源代码，Java接口，和基于Java的HDF查看器（HDFView）。
当前版本是HDF5，在设计和API上与主要的遗留版本HDF4有显著区别。
在1987年由美国国家超级计算应用中心（NCSA）的图形基础任务攻坚组（GFTF）着手创建一种架构无关的软件库和文件格式，致力于满足在NCSA当时使用的多种不同计算平台之间移动科学数据的需要。额外的目标还包括有效的存储和访问大对象的能力，在一个容器内存储不同类型的众多对象的能力，增长格式来容纳新类型的对象和对象元数据的能力，用C和Fortran二者的程序访问存储数据的能力。最初称为AEHOO（全包容层级面向对象格式），新软件和文件格式最终叫做层级数据格式（HDF）。HDF的设计组合了来自很多不同格式的想法，包括TIFF、CGM、FITS和Macintosh PICT（英语：PICT）格式。这个计划在1990年和1992年收到了美国国家科学基金会（NSF）的至关重要的拨款。大约1990年代早期美国国家航空航天局（NASA）研究了用在地球观测系统（EOS）计划中的15种不同文件格式。在两年评述过程之后，HDF被选择为EOS数据和信息系统的标准格式。
1996年美国能源部的劳伦斯利弗摩尔、洛斯阿拉莫斯和桑迪亚国家实验室与NCSA抽调人员成立了数据建模和格式（DMF）小组，研究满足高级模拟和计算规划（ASC）需要的并行I/O能力的文件格式。在NASA的额外支持下，三实验室与NCSA联合开发了第一版的HDF5并于1998年发行。在2003年，R&D杂志评选HDF5为“2002年一百个技术上最重要的新产品之一”。
HDF4是这个格式的较老版本，它支持可增殖的不同数据模型，包括了多维数组、光栅图像和表格。每种都定义了特定的聚集数据类型，并提供一个API用来读取、写入、组织数据和元数据。HDF开发者和用户可以增加新数据模型。
HDF是自描述的，允许应用程序解释文件的结构和内容而不需要外部信息。一个HDF文件可以持有混合的有关联的对象，它们可以作为一个群组或作为个别对象来访问。用户可以创建自己的叫做“vgroups”的群组结构。
HDF4格式有很多限制。它缺乏清晰的对象模型，这导致持难于持续支持和改进。支持多种不同的接口风格（图像、表格、数组）导致了复杂的API。对元数据的支持依赖于使用的是哪个接口；SD（科学数据集）对象支持任意命名属性，而其他类型只支持预定义的元数据。可能最重要的是，使用32-bit位有符号整数寻址限制了HDF4文件大小极大为2GB，这在很多现代科学应用中是不可接受的。它仍被HDF Group活跃支持着，可见于其支持页面]。
HDF5格式被设计解决HDF4库的某些限制，并致力于满足现代系统和应用的当前和预期要求。
HDF5简化了文件结构，只包含两种主要的对象类型：
这真正产生了层级的、类似文件系统的数据格式。事实上，在HDF5文件中的资源可以使用类似POSIX语法的“/路径/至/资源”来访问。元数据以用户定义形式存储，命名特性附加到群组和数据集之上。表示图形和表格的更复杂存储API，可以接着使用数据集、群组和特性来建造起来。
除了这些在文件格式上的进步，HDF5包括了改进的类型系统，和表示在数据集区域上选择的数据空间对象。API是面向对象的，有关于数据集、群组、特性、类型、数据空间和属性列表。
最新版的NetCDF版本4基于了HDF5。
由于它使用了B树来索引表格对象，HDF5有效工作于时间序列数据，比如股价序列，网络监控数据，和3D气象数据。大批量的数据直接进入数组（表格对象），它可以比SQL数据库的行存储更快访问，而非数组数据可获得B树访问。HDF5数据存储机制比SQL星模式（英语：Star schema）更简单和快速。
对HDF5的批评来源于它的单体设计和冗长规定。
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