Mitochondriální genom je genetický materiál mitochondrií. Mitochondrie jsou organely, které se poloautonomně množí uvnitř eukaryotických buněk.
Genetický materiál tvořící mitochondriální genom má podobnou strukturu jako prokaryotický genetický materiál. Mitochondriální chromozom je kruhová molekula DNA, ale na rozdíl od prokaryot je mnohem menší a je přítomno několik kopií. Tato podobnost podporuje hypotézu, že mitochondrie vznikly z intracelulárních bakteriálních symbiontů, tj. endosymbiotickou teorii.
Mitochondrie pohlavně se rozmnožujícího druhu se dědí mateřsky. Takto mohou mitochondriální genetická onemocnění postihnout muže i ženy, ale přenášet je mohou pouze samice na své potomky. Lidský mitochonriální genom se skládá z 16 569 párů bází, které kódují pouze 13 proteinů, 22 tRNA a 2 rRNA.