谢尔盖·利沃维奇·索博列夫（俄语：Серге́й Льво́вич Со́болев，1908年10月6日－1989年1月3日），苏联数学家，主要研究领域是数学分析及偏微分方程。索博列夫生于圣彼得堡，卒于莫斯科。
索博列夫在许多数学领域中都有重大的基础性贡献。索博列夫空间可以在一些增长性条件下定义于傅立叶变换上，索博列夫空间及其相关的嵌入定理在泛函分析中相当重要。广义函数论（后被称为分布）在1935年首次由索博列夫引进，广义函数的概念后来由洛朗·施瓦茨继续深入研究，索博列夫将古典的导数的概念予以抽象化，让牛顿与莱布尼兹的微积分技巧可以扩大其应用范围。分布理论被认为是当代的微积分。
索博列夫于1929年在Nikolai Maksimovich Günter的指导下自列宁格勒大学毕业。随后索博列夫入弗拉迪米尔·斯密尔诺夫门下学习。自1932年起，索博列夫开始在列宁格勒进行研究工作，而从1934年起，索博列夫在莫斯科的斯捷克洛夫数学研究所工作。二次大战期间，索博列夫率领研究所迁往喀山以避战祸。索博列夫自1935年至1957年担任莫斯科国立大学的教授。1943年至1957年间，索博列夫亦在库尔恰托夫核能研究所担任副主任，负责苏联的核武器研发。
1956年，索博列夫与一群科学家倡议在俄罗斯东部建立一个科研与教育并重的机构，这些努力促成了苏联科学院西伯利亚分院的建立。索博列夫是阿卡杰姆戈罗多克（近新西伯利亚）数学研究所的创立人与第一任所长，而后来为了纪念索博列夫在建立研究所的贡献，以及为了建设发展新西伯利亚大学的种种努力，就把研究所的名字以索博列夫的名字命名，成为了索博列夫数学研究所。
