캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)는 영국 케임브리지 대학교의 물리학과이자 실험물리학 연구소이다. 연구소의 명칭은 18세기 영국의 화학자이자 물리학자였던 헨리 캐번디시(Henry Cavendish)의 이름에서 유래하였으며, 자금을 기부한 케임브리지 대학교 총장(당시) 윌리엄 캐번디시(7대 데번셔 공작)의 가문명이기도 하다.
1874년 케임브리지의 New Museums Site에서 실험물리학 연구소로 처음 개소하였다. 초대 소장(캐번디시 물리학 교수)은 전자기학 이론을 완성한 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)이었다. 연구소는 이후 1974년 웨스트 케임브리지(West Cambridge)의 새 부지로 이전하였고, 2025년에는 같은 웨스트 케임브리지 지역 내에 위치한 레이 돌비 센터(Ray Dolby Centre)로 다시 이전하였다.
캐번디시 연구소는 현대 물리학 및 생물학 발전에 지대한 공헌을 하였다. 주요 발견으로는 J.J. 톰슨의 전자 발견(1897년), 어니스트 러더퍼드 원자핵 연구, 제임스 채드윅의 중성자 발견(1932년), 존 콕크로프트와 어니스트 월턴의 인공 원자핵 분할 실험(1932년), 그리고 프랜시스 크릭과 제임스 왓슨의 DNA 이중 나선 구조 발견(1953년) 등이 있다. 또한 마틴 라일과 앤서니 휴이시에 의한 전파천문학 발전에도 중요한 역할을 하였다.
2019년 기준으로 캐번디시 연구소 출신 연구원 가운데 30명이 노벨상을 수상하였다. 이는 동일 연구소 출신 노벨상 수상자 수로는 세계적으로 가장 많은 수준에 해당한다.
연구소는 현재 응집물질 물리학, 반도체 물리학, 원자·메조스코픽·광학 물리학(AMOP), 나노포토닉스, 전파천문학(천체물리학), 생물물리학 및 연성 물질, 전자현미경, 초전도 물리학, 과학 컴퓨팅 등 다양한 분야에서 연구가 이루어지고 있다. 2023년 기준 연구소장은 메테 아타튀르(Mete Atatüre) 교수이며, 캐번디시 물리학 교수는 리처드 프렌드(Richard Friend) 경이다.
