旗山断层（英语：Chishan Fault），位于高雄市的活动断层，属于逆断层兼具左移分量，主断层带主要由断层泥组成，台湾南部两条主要的活动断层之一，乃是目前高雄市唯一一类活动断层。地质学家陈文山的研究中旗山断层乃由北向南延伸，经田寮后于燕巢附近进入海岸平原，之间并无通过主要河流，仅东北端有楠梓仙溪穿过。在过大社后转向南经澄清湖东侧与大社丘陵之间凹谷，之后沿着凤山丘陵西侧进入海域，并于澄清湖西侧前缘另存一分支断层，而成澄清湖的丘陵地形。主要断层敏感区分布于高雄市之旗山区、田寮区、燕巢区、大社区及仁武区。
旗山断层为台湾西南部位置最东侧，可能最先形成之逆冲断层，于7000多年之内曾经活动，截切全新世冲积层，为中央地质调查所列第一类活动断层，由一个主断层以及多个分支断层组成的断层变形带。变形带宽度约40-400米之间，主断层的变形带宽度为9-30米。目前断层地体活动相当活跃，于小岗山断层以东至旗山断层之间，每年均有抬升，速度约6-32毫米/年。之前认为断层向北连接内英断层（大井上义近 1928年），但近来的调查显示两断层的特性不同。而中寮隧道附近，旗山断层与龙船断层相当接近，两断层带合并宽度约500米。
旗山断层上盘地层采于高雄区域，由老至年轻分别为乌山层、盖子寮页岩、南势仑砂岩、大社层与岭口砾岩、台地堆积层与冲积层。断层下盘地层采自台南区域之南侧，由老至年轻分别为乌山层、古亭坑层。断层上盘以中新世晚期的乌山层为主，断层的下盘则以上新世至更新世的古亭坑层与崎顶层为主。
分布在旗山断层沿线共有南势湖、千秋寮、乌山顶、深水泥四个泥火山区，其中泥火山之气体喷发量，以旗山断层走向转折处之乌山顶附近喷发量最大。根据GPS位移数据的研究显示，此区泥火山气体喷量发，时间轴上的趋势，与旗山断层的水平位移关系不大，但与垂直位移相关较大。其中一个泥火山研究资料显示，喷发量较高的时期正好都在农历15号左右，此泥火山活跃度推测与地潮活动应有相关。
中山大学廿四公顷的仁武新校区预定地，由中央地质调查所发出警告，依2014年底公告的“旗山活动断层地质敏感区”范围套叠图，显示旗山活动断层敏感区从新校区穿心通过，导致整个计划必须重新通盘检讨。
福尔摩沙高速公路（国道三号）田寮3号高架桥及中寮隧道受到龙船断层与旗山断层区域构造活动的影响，跨越龙船断层处，约有每年43mm之缩短量与4 mm之左移分量。跨越旗山断层处，约有每年33mm之伸张量与10mm之右移分量，垂直速度有每年约80mm的速度量差异。自中寮隧道通车以来，北洞口每年抬升8公分，高架桥伸缩缝每年挤压6公分，至今累积变形超过130公分。国道3号田寮3号高架桥及中寮隧道长期改善工程已于2017年3月15日开工，拆除高架桥改为软性路堤，隧道顶拱与侧壁拆除等作业。
