بهینه‌سازی ترکیباتی (Combinatorial Optimization) شاخه‌ای از بهینه‌سازی است که به آن دسته از مسایل بهینه‌سازی می‌پردازد که در آن‌ها مجموعه پاسخ‌های امکان‌پذیر گسسته است یا می‌تواند به صورت گسسته درآید و هدف پیدا کردن بهترین پاسخ از بین این پاسخ‌ها است. بهینه‌سازی ترکیباتی شاخه‌ای از ریاضیات کاربردی و علوم رایانه و مرتبط با تحقیق در عملیات، نظریه الگوریتم و نظریه پیچیدگی محاسباتی است که در محل تلاقی چندین رشته ازجمله هوش مصنوعی، ریاضیات و مهندسی نرم‌افزار قرار دارد.