Pachycephalosaurus, en français pachycéphalosaure, est un genre éteint de dinosaures ornithischiens herbivores de la famille des pachycephalosauridés. Il a vécu en Amérique du Nord à la fin du Crétacé supérieur, au cours du Maastrichtien supérieur, soit il y a environ entre (millions d'années).
Ce genre est représenté par une seule espèce P. wyomingensis, décrite par Brown et Schlaikjer en 1943 .
Les anciens genres Dracorex, Pika et Stygimoloch sont aujourd'hui considérés comme des spécimens juvéniles de Pachycephalosaurus.
Le nom de genre Pachycephalosaurus est composé des mots du grec ancien pachys-/παχυς- « épais », kephale/κεφαλη « tête », et sauros/σαυρος « lézard », pour donner « lézard au crâne épais », et souligner ainsi l'épaisseur exceptionnelle du haut de son crâne qui peut atteindre jusqu'à .
Le nom spécifique latinisé wyomingensis indique la provenance des premiers fossiles, le Wyoming.
vignette|droite|upright=1.10|Vue d'artiste dePachycephalosaurus wyomingensis.
vignette|droite|upright=1.10|Comparaison de taille entre un adulte de P. wyomingensis (vert), et différents autres stades de croissance supposés, dont « Dracorex » en brun et « Stygimoloch » en mauve. Un humain donne l'échelle.
vignette|droite|upright=1.10|Crâne de « Dracorex ».
vignette|droite|upright=1.10|Moulage de trois crânespouvant représenter trois stades de croissance différents.Museum of the Rockies.
vignette|droite|upright=1.10|Hypothèse de combats entre subadultesavec des coups latérauxportés principalement par les « cornes » des animaux.
vignette|droite|upright=1.10|Dépressions et marquessur le crâne du spécimen BMRP 2001.4.1.
vignette|droite|upright=1.10|Vue d'artiste d'un spécimenavec une lésion crânienneau niveau de son dôme.
L'anatomie de Pachycephalosaurus est mal connue, car seuls des fragments de crâne, l'os le plus résistant, ont été découverts et décrits.
Pachycephalosaurus est le plus grand des pachycéphalosaures connus. C'est un herbivore bipède avec un sommet du crâne exceptionnellement épais formant un dôme, qui peut atteindre jusqu'à d'épaisseur ; il protégeait un cerveau de taille minuscule.