Peter Hegemann (født 11. december 1954) er en tysk biofysiker, professor i eksperimentel biofysik ved Institut for Biologi ved Humboldtuniversitetet i Berlin, Tyskland. Han er kendt for sin opdagelse af channelrhodopsin (en) – en type ionkanal, der reguleres af lys og dermed fungerer som lyssensor. Dette lagde grunden til et nyt forskningsfelt, optogenetik, en teknik, der beskriver hvordan aktiviteten i specifikke neuroner kan styres ved hjælp af lys.
Peter Hegemann har modtaget adskillige udmærkelser, herunder Shawprisen Life Science og Medicin i 2020 sammen med Georg Nagel og Gero Miesenböck og [Nobelprisen i fysiologi eller medicin]] i 2026, som han delte med Karl Deisseroth og Georg Nagel for deres opdagelser vedrørende lysstyrede ionkanaler og optogenetik.