سازمان انرژی اتمی ایران یک سازمان دولتی در ایران و وابسته به ریاست‌جمهوری ایران است که وظایف مربوط به توسعه فناوری هسته‌ای و کلیه امور مربوط به انرژی اتمی در ایران را بر عهده دارد. هم‌اکنون رئیس این سازمان محمد اسلامی می‌باشد.
این سازمان که مقدمات ایجاد آن از اوایل سال ۱۳۵۳ فراهم گردیده بود، با تصویب قانون «سازمان انرژی اتمی» در ۱۶ تیر ۱۳۵۳ عملاً به‌صورت یک شخصیت حقوقی رسمیت یافت. دلیل اصلی تأسیس این سازمان، استفاده از انرژی اتمی در صنایع، کشاورزی و خدمات و ایجاد نیروگاه‌های اتمی و کارخانه‌های آب‌شیرین‌کن، تولید مواد اولیه مورد نیاز صنایع اتمی، ایجاد زیربنای علمی و فنی لازم برای اجرای طرح‌های مزبور و همچنین برقراری هماهنگی و نظارت بر کلیه امور مربوط به انرژی اتمی در کشور عنوان شد.
این سازمان در ابتدا زیر نظر نخست‌وزیری فعالیت می‌کرد و رئیس آن اکبر اعتماد بود. با تصویب قانون تأسیس «وزارت نیرو» در ۲۸ بهمن ۱۳۵۳ و براساس مادهٔ ۹ آن، سازمان انرژی اتمی ایران زیرمجموعهٔ وزارت نیرو شد. با پیروزی انقلاب ۱۳۵۷ این سازمان جزء معاونت انرژی وزارت نیرو باقی ماند تا با تصویب هیئت وزیران در ۱۹ اسفند ۱۳۶۰ دوباره مستقل شد و زیر نظر نخست‌وزیری قرار گرفت. با حذف نخست‌وزیری در سال ۱۳۶۸، سازمان زیر نظر رئیس‌جمهور قرار گرفت و رئیس سازمان، سمت معاون رئیس‌جمهوری را پیدا کرد.
قبل از پیروزی انقلاب اسلامی ایران، این سازمان چشم‌انداز راه‌اندازی ۲۳۰۰۰ مگاوات برق هسته‌ای را در دستور کار داشت و بر این مبنا قراردادهای متعددی را برای احداث نیروگاه‌های هسته‌ای و دسترسی به سوخت هسته‌ای مورد نیاز منعقد نمود که پیگیری آنها سبب گسترش سریع سازمان گردید. بعد از پیروزی انقلاب اسلامی با تجدید نظر اساسی در کل برنامه‌های سازمان و ایجاد تغییرات بنیادی در اهداف و وظایف آن، قدم‌های مؤثری در جهت کاربرد و استفاده صلح‌آمیز از انرژی اتمی در کشور برداشته شده‌است. این اقدامات که از نیمه دوم دهه هفتاد کاملاً مشهود بوده‌است، در جهت دستیابی به خودکفایی نسبی و با توجه به محدودیت‌های شدید اعمال‌شده توسط کشورهای غربی صورت گرفته‌است.
با تصویب قانون حفاظت در برابر اشعه در ۲۰ فروردین ۱۳۶۸، وظایف مرتبط به سازمان انرژی اتمی سپرده شد.
در ۱۰ بهمن ۱۳۹۸ وزارت خزانه‌داری آمریکا، سازمان انرژی اتمی ایران و رئیس آن علی‌اکبر صالحی را در لیست افراد تحریم‌شده قرار داد.