En écologie, une espèce pionnière est l'une des premières formes de vie qui colonisent ou recolonisent un espace écologique donné. Il peut s'agir d'un milieu nouveau (île volcanique, mur ou autre construction, friche industrielle, sol ou flanc de carrière...) ou récemment « perturbé » (destruction humaine, éboulis, érosion, glissement de terrain, incendie, chablis, coulée de lave...). Cette (re)colonisation est le premier stade d'une succession écologique.
Les espèces pionnières sont les premières à coloniser un milieu dépourvu de vie, possiblement après qu’il a subi une perturbation. Ce sont souvent aussi des espèces facilitatrices, c'est-à-dire dont la présence génère des changements dans les facteurs biotiques et abiotiques de l’écosystème en formation, menant ainsi à l’établissement potentiel d’autres espèces nécessitant des conditions de vie différentes. Les espèces pionnières interviennent dans le phénomène de succession écologique, c’est-à-dire du changement de la composition en espèces (communautés) d’un milieu à des moments donnés. Au fil de la succession, le nombre d’organismes, la biomasse et l’utilisation du carbone atmosphérique augmentent jusqu’à se stabiliser à un point appelé le climax, où l’ensemble des niches écologiques est exploité et où la communauté ne subit plus de changements notables. Selon d’anciens concepts, il était admis qu’une communauté subissant une perturbation allait régénérer une version similaire à celle initiale par une série ordonnée et prévisible de renouvellements d’espèces. Des modèles plus récents ont montré que les successions dépendent de la compétition, de variables environnementales, du taux de croissance et de caractéristiques de survie, ou peuvent être prédites à partir de probabilités de remplacement par des espèces données, ou peuvent être caractérisées par des tendances développementales (Whittaker, 1975), c’est-à-dire des caractéristiques de l’écosystème qui changent avec les successions (la diversité en espèces, la biomasse, les nutriments disponibles).