直列六缸发动机（英语：Straight-six engine），简称直六、I6或L6，是指拥有6个气缸，且一字排开的发动机结构。世爵汽车于1903年成为第一间生产直列六缸发动机的车厂，至1909年全世界已经有80间车厂使用这设计。直列六缸发动机只有单一曲轴，设计上出力较为平衡，但发动机较长，在V6发动机普及后已经被大多数的车厂放弃使用。宝马和沃尔沃汽车是小数仍然生产直列六缸发动机的车厂，前者配置于其高性能的前置后驱房车，后者配置于入门级的前置前驱房车。不过，中重型商用车辆的柴油发动机则以直列六缸为主流，因其发动机摆放方式跟乘用车有分别。2017年，梅赛德斯-奔驰再度生产应用于乘用车的直列六缸发动机，厂方表示，因为EQ Boost系统集合启动马达与发电机，并安装在发动机与变速箱之间，省去传统直列六缸发动机前端所需的皮带传动装置，大幅缩减发动机长度，让这款新直列六缸涡轮发动机，维持过往运转平顺优势且还更节能。
汽车装备的直列六缸发动机排气量多在2至5升之间（120至310立方英寸）。虽然也有更小排量的直六发动机，但直六带来的平顺性无法抵销设计生产的高成本以致极为罕见。因为六个汽缸一字排开，直六发动机的长度要长于同等级直四，V4，V6或V8发动机。量产的小型的直六发动机为意大利贝内利（Benelli）生产的“Sei”型摩托车，排气量仅748cc（45.63立方英寸），而本田汽车和麦克·海伍德（Mike Hailwood）公司更于1960年代生产过装备250cc（15立方英寸）的直列六缸，24气门的摩托车。
二次世界大战以前的汽车发动机和现今相比排气量普遍比较巨大。那个时期大型直六发动机如劳斯莱斯银鬼上装备的7.4L发动机。有一些装备在1910年代Peerless，Pierce-Arrow和Fageol豪华车上的发动机更是达到了13.5L（824l立方英寸）之巨。不过其动力输出完全无法和现今发动机相比。战后排气量较大的直六发动机有美国汽车公司（AMC）生产的一系列排气量4.2L和4.6L发动机，用于美国汽车公司AMC系列和捷豹汽车。其他的还有TVR“Speed Six”上那台4.0L发动机，福特“Barra” 4.0L发动机，雪佛兰“250”和“Vortec4200”发动机，4.3L克莱斯勒“直六Hemi”发动机，丰田陆地巡洋舰使用的HT和1HZ 4.2L发动机，丰田Supra使用的2jz 3.0L发动机，尼桑TB发动机（4.5-4.8L）,以及哈德逊汽车上那台H-145 5.0L发动机。截至2020年，在产最大排气量直六发动机为沃尔沃集团为FH16货车生产的D16柴油发动机，其排气量达16.1L。
发动机的震动可以细分为上下方向的“初级震动”和水平方向的“次级振动”。直列六缸发动机有着天生的良好平衡性，其发动机自身运动规律即可抵销“初级振动”和“次级振动”，不需要平衡轴的参与。发动机的气缸分成前后完全镜像对称的两组，气缸1和6，2和5，3和4同上同下并且各自力臂相等，故能有效的对销“初级震动”。
次级振动则是由于发动机“横切面”（从飞轮方向观察发动机）连杆给予曲轴水平方向不均匀受力造成的。相比直列四缸发动机，直六发动机每一组三缸的连杆角度互为120度，能保证每一组在曲轴转过360度的周期内有一个缸点火。故能有效的消除“次级振动”。虽然在小型发动机中，次级振动带来的影响很小，但是在大型发动机里则不可忽视。在相同设计下，直列六缸发动机的平顺性要显著强于直列四缸发动机和V6发动机。后两者必须小心的“平衡轴”以减轻振动。机械加工精度误差使得带平衡轴的直列四缸和六缸发动机在高转速和高排气量下的振动急遽增加，难以和天生平衡的直列六缸相媲美。因此尽管直列六缸发动机在曲轴长度，发动机总长，生产成本上有劣势，但仍然得以广泛运用于追求舒适度的大型豪华轿车，追求马力输出的运动性车辆或跑车，以及大排气量的卡车及工业发动机。
