新巴比伦帝国（英语：Neo-Babylonian Empire或者Second Babylonian Empire，前626年－前539年）又称为加尔底亚帝国，由迦勒底人所建，大约处于古代美索不达米亚南部。公元前626年建立，在尼布甲尼撒二世统治时国势达到鼎峰，最后在公元前539年被波斯人消灭。
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新巴比伦帝国由迦勒底人建立，迦勒底人是闪米特人的一支，他们于公元前1000年代初来到两河流域南部定居，随后亚述帝国征服并统治了两河流域南部，迦勒底人曾多次起义反抗亚述的统治。
公元前626 年，亚述人派迦勒底人领袖那波帕拉沙尔率军驻守巴比伦，他到巴比伦后，却发动反对亚述统治的起义，建立新巴比伦帝国，并与伊朗高原的米底王国联合，共同对抗亚述。公元前612年，亚述帝国结束，遗产被新巴比伦帝国及米底王国瓜分，其中新巴比伦帝国分取了亚述帝国的西半壁河山，即两河流域南部、叙利亚、巴勒斯坦及腓尼基。
公元前604年，尼布甲尼撒二世即位，叙利亚立时归顺新巴比伦帝国，但腓尼基及巴勒斯坦地区态度不明，而埃及一向觊觎此区，拉拢推罗、西顿等腓尼基地区与埃及结盟，此时前600年的迦勒底帝国人口达到250万。对此，尼布甲尼撒二世继续与米底王国结盟，又娶公主阿米蒂斯为后，以巩固自己后方。公元前597年，出兵巴勒斯坦，攻占耶路撒冷，扶植犹太人齐德启亚为傀儡统治犹太人。
公元前590年，埃及法老普萨姆提克出兵巴勒斯坦，推罗国王投靠埃及，西顿被占领，犹太人齐德启亚及巴勒斯坦、外约旦等地纷纷倒向埃及。同时，米底王国与新巴比伦帝国的关系紧张起来，为此新巴比伦帝国筑起一条新长城防范米底。然而，米底因要对抗乌拉尔图及西徐亚人，无力再与新巴比伦帝国对抗，致使尼布甲尼撒二世可于公元前587年第二次挥军巴勒斯坦。他围困犹太人的圣城耶路撒冷，西底家突围失败，落入新巴比伦帝国军队之手，被挖去双眼后送往巴比伦城。公元前586年，耶路撒冷被围十八个月后城陷，居民被俘往巴比伦尼亚，史称“巴比伦之囚”。
尼布甲尼撒二世又围攻腓尼基的推罗，不果。公元前574年，双方议和，推罗国王伊托巴尔三世承认尼布甲尼撒二世为尊者，保持了推罗的自治地位，其他附近的小王国都纷纷向尼布甲尼撒二世称臣。公元前569年，埃及发生王位之争，尼布甲尼撒二世曾趁此在公元前567年入侵埃及，结果不详，但迫使埃及放弃侵略巴勒斯坦的野心。到前550年，迦勒底帝国的人口达到380万人。
尼布甲尼撒二世对巴比伦城进行了大规模建设，使巴比伦成为当时世上最繁华的城市，也是中东最重要的工商业城市。巴比伦城以两道围墙围绕．外墙以外，还有一道注满了水的壕沟及一道土堤，城内的主干道中央以白色及玫瑰色石板铺成，另城有八个城门，其中的北门就是著名的伊丝达尔门，表面用青色琉璃砖装饰，砖上有许多公牛和神话中的怪物等浮雕。巴比伦城被建设得宏伟壮丽，直到100多年后，希腊历史学家，被称为“历史之父”的希罗多德来到巴比伦城时，仍称它为世界上最壮丽的城市。
尼布甲尼撒二世还在巴比伦城为米底来的王后兴建“空中花园”，令米底公主不再有思乡之苦。该花园位于底格里斯河边，据狄奥多拉记载，花园每边长120米左右，呈正方形，花园内满是奇花异草，并用螺旋泵不断地从幼发拉底河里取水作灌溉。这个花园远看起来就像位于天空中般，因此被称为空中花园。内里亦有着富丽堂皇的宫殿，使得尼布甲尼撒二世和王后可以在宫殿里饱览全城的景色。这个空中花园名满天下，被后世誉为古代世界七大奇观之一，空中花园被毁于公元前三世纪。
新巴比伦帝国时期的奴隶制度也有了更大的发展，奴隶的人数也增多，显著的特点是让奴隶更多的独立经营，奴隶可独立租佃土地，经商，从事手工业等，甚至开钱庄放债，有极少数的奴隶甚至还达到相当富有的程度，甚至奴隶本身也拥有奴隶，除为主人代理行事外，又同时经营自己的经济。不过即是他们富起来，他们也还是其主人的财产，主人可将其随意买卖，转让或作陪嫁物，他们要烙上主人的名字，从外国买来的奴隶要烙上两种语言，外籍奴隶由其主人取一个巴比伦尼亚的名字。然而，大多数的奴隶的处境仍然是很不好，从保存下来的司法文件中，奴隶否认自己是奴隶的身份，还以逃亡形式进行反抗，所以买卖奴隶时，卖主必须向买主保证奴隶不逃亡。除奴隶外，社会上主要的生产者是自由民，他们租佃王室、神庙及个别奴隶主的土地，而且往往还要额外租用牲畜、种子和农具，他们也同时是当时的被剥削者。
尼布甲尼撒二世死后不久，国内阶级矛盾及民族矛盾加剧，最后一个国王那波尼德统治时，国王及马尔杜克神庙之间的矛盾加剧，并试图另立新神，那波尼德离开首都，以其子伯沙撒摄政。公元前539年，波斯人崛起，居鲁士二世率军入侵新巴比伦帝国时，祭司竟打开大门放波斯军队入城，伯沙撒被杀，那波尼德被俘，新巴比伦帝国不战而亡。
19世纪下半叶，在巴格达附近发掘出很多泥版和圆柱，使人对古巴比伦的历史认识大增。其中之一是深具价值的一份文献，称为拿波尼度编年史（英语：Nabonidus Chronicle），现今收藏于大英博物馆。巴比伦王拿波尼度曾与儿子伯沙撒共同摄政。但他比儿子活得更久，后者于公元前539年10月5日的晚上在居鲁士手下的军队攻陷巴比伦时被杀。
拿波尼度编年史就巴比伦的陷落提供一项注明日期的记录，帮助确定事件发生的时间。以下是拿波尼度编年史一小部分的翻译：
“塔斯利都月(提斯利月（9/10月）)，居鲁士在底格里斯河的俄庇斯袭击阿卡得的军队。……月中第14日，西巴尔不战而降，拿波尼度逃离该城。第16日(儒略历公元前539年10月11日；格雷果里历10月5日)古提恩的总督戈布利亚（乌格巴鲁）连同居鲁士的军队不用动刀便进入巴比伦城。其后，拿波尼度在返回巴比伦时被捕。……亚拉沙姆努月(赫舍万月（10/11月）)第3日［儒略历10月28日］，居鲁士进入巴比伦，居民将青绿的树枝铺在他脚前——他宣布‘和平’(sulmu)临到城中。居鲁士向巴比伦全境致意。他的总督戈布利亚在巴比伦设立（辅）总督。”
