כתם שמש - הוא כתם כהה (או קבוצה של כתמים) הנצפה על פני השמש, (הכתם הוא כהה יחסית לסביבתו ועל כן נראה ככתם שחור).
מאז המצאת הטלסקופ בשנת 1609 יש עדויות להופעה סדירה של כתמי שמש (למעט חריגות קלות), בעוצמות שונות במחזוריות של כ-11 שנים. הסיבה לקיומו של מחזור זה אינה ברורה כלל.
כתמי השמש נוצרים לפי הסברה, בשל סערות מגנטיות המתחוללות בשמש. סערת אלה הן כנראה תוצאה לאי יציבות מקומית בשדה המגנטי של השמש, והן גורמות להטיית החלקיקים הטעונים באיזור הסערה, באופן כזה, יורדת הטמפרטורה של האיזור ויש ממנו פליטת אור פחותה מסביבתו - והוא נראה כמו כתם.
כיום מתנהל מחקר אודות קשר אפשרי בין הופעת כתמי שמש לתהליכי מזג אויר, וכן תופעות אלקטרומגנטיות שונות על פני כדור הארץ.