在几何学中，大十二面体又称为第二星形正十二面体，是一个由6对互相平行的正五边形组成的非凸正多面体，同时也是一种星形正多面体，其外形有如内有星形图案的正二十面体或每面内凹三角锥的正二十面体，是三种星形十二面体之一。其顶点的布局与正二十面体相同，但边的连结方式不同，因此可以视为正十二面体经过刻面（英语：faceting）后的多面体，对偶多面体为小星形十二面体。这个多面体被认为是由路易·庞索（英语：Louis Poinsot）在1810年发现，虽然在温佐·雅姆尼策尔（英语：Wenzel Jamnitzer）于1568年出版的著作《Perspectiva Corporum Regularium》中有一幅形状非常类似大十二面体的图画。1983年时，温尼尔在他的书《多面体模型》中列出许多星形多面体模型，其中也收录了此种形状，并给予编号W21。
大十二面体是4个非凸正多面体之一，具二十面体的对称性，由12个面、30条边和12个顶点所组成，其12个面皆为正五边形面，其中12个五边形中有6对互相平行的五边形。其每个顶角都是由5个五边形以五角星的路径构成的五面角，因此在施莱夫利符号中可利用{5,5/2}来表示，意为此立体的所有顶角组成的面皆为五边形{5}，并且以五角星{5/2}的方式构成。而在考克斯特符号（英语：Coxeter-Dynkin digram）中则利用
来表示。
大十二面体由12个正五边形面组成，每个正五边形面都与另外5个正五边形面互相相交，因此，其面有一部分是隐没在图形内部的，如下左图，以白色表示，而露在外部的则以蓝色表示。
大十二面体是一种星形正多面体，因此大十二面体仅有一种二面角，其值为五平方根倒数的反余弦值：
由于大十二面体的凸包为正二十面体，且无顶点落在凸包内，因此大十二面体的顶点坐标会与相同边长的正二十面体相同，边长为单位长、几何中心在原点，则其为：
星形正多面体经常出现在艺术创作中，部分小说也有使用大十二面体进行创作，如《游戏人生》。除了艺术创作外，常见文化也有关于大十二面体的使用，例如部分的魔术方块之外型，以及其投影图曾作为视觉化的相关实验性教材。
部分多面体与镶嵌与大十二面体有一些几何关联。例如部分多面体可透过大十二面体经过康威变换而得到，例如截角大十二面体、截半大十二面体、以及其对偶多面体小星形十二面体。
大十二面体的对偶多面体同样是一个星形正多面体，为小星形十二面体，由12个五角星面组成。
部分多面体可透过大十二面体经过康威变换而得到，例如截角大十二面体，即截去大十二面体所有顶点后得到的立体：
大十二面体可以转换成外观相同的简单多面体，此时，多面体变为由20个凹三角锥组成，这时，其拓朴结构则与三角化二十面体相同，皆是在正二十面体的每个三角形面接上三角锥。
其也可以视为一系列施莱夫利符号中可利用{n,n/2}表示的星形镶嵌之一，例如七阶七角星镶嵌：
大十二面体与其对偶的复合体为复合小星形十二面体大十二面体。其共有24个面、60条边和24个顶点，其尤拉示性数为-12，亏格为7，而在这个立体图形中，大十二面体完全隐没于小星形十二面体而不可见。
