การวินิจฉัยแยกโรค (อังกฤษ: differential diagnosis) เป็นกระบวนการหนึ่งของการวินิจฉัยทางการแพทย์ ที่เป็นการพิจารณาว่าโรคหรือภาวะหนึ่ง ๆ มีความเหมือนหรือต่างจากโรคหรือภาวะอื่น ๆ ที่อาจมีลักษณะทางคลินิกใกล้เคียงกันอย่างไรบ้าง ทำโดยแพทย์หรือบุคลากรสาธารณสุขเพื่อหาคำวินิจฉัยที่ถูกต้องของผู้ป่วย หรืออย่างน้อยทำเพื่อตรวจดูว่าผู้ป่วยที่มาด้วยอาการดังที่เห็นนี้มีโรคที่เป็นอันตรายมากหรือไม่ เพื่อแยกโรคที่อันตรายเหล่านั้นออกไปก่อนเป็นสำคัญ แต่ละตัวเลือกมักถูกเรียกว่าคำวิจิจฉัยแยกโรค เช่น ผู้ป่วยที่มาด้วยอาการไอ เมื่อผ่านการตรวจแล้วอาจได้คำวินิจฉัยสุดท้ายเป็นไข้หวัดธรรมดา แต่ระหว่างนั้นแพทย์อาจมีคำวินิจฉัยแยกโรคในใจคือโรคหลอดลมอักเสบ ซึ่งจะต้องซักประวัติและตรวจร่างกายหรือแม้แต่ส่งตรวจทางห้องปฏิบัติการ เพื่อให้แน่ใจว่าผู้ป่วยไม่ได้เป็นโรคอันตรายดังที่ว่านั้น เป็นต้น
