Kolonisatsioon ehk koloniseerimine (ladina sõnast colere 'asustama, kultiveerima, harrastama, hoolitsema, valvama, austama') on maa-ala asustamine. Algselt viitas termin üksnes inimestele, kuid 19. sajandil hakkasid biogeograafid kõnelema kolonisatsioonist ka lindude, bakterite ja taimede kontekstis.
Inimeste kontekstis on kolonisatsioon kitsam termin kui sellega seotud mõiste "kolonialism". Kolonisatsioon viitab üksnes rändele, näiteks kolooniate, kaubakontorite ja istanduste rajamiseks, samas kui kolonialism hõlmab ka uutel asualadel elavate inimeste valitsemist.