หินตะกอน (อังกฤษ: sedimentary rock) คือ หินที่เกิดจากการตกตะกอนของเม็ดแร่ที่ได้จากการผุพังของหินชนิดใดก็ได้ที่ผิวโลก และถูกพัดพาไปโดย น้ำ ลม หรือธารน้ำแข็ง แล้วจับตัวกันแข็งเป็นหิน หรือ เกิดจากการตกตะกอนทางเคมีของสารละลายจากในน้ำ ในลำธาร ทะเล หรือมหาสมุทร เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีหรือการระเหยของน้ำ ที่อุณหภูมิปกติบนผิวโลก ลักษณะเด่นของหินตะกอน คือ การเกิดเป็นชั้นหลายๆชั้น อาจมีซากดึกดำบรรพ์ หรือแสดงลักษณะโครงสร้างของการตกตะกอนตามลำดับอายุ

เนื่องจากลักษณะที่หินตะกอนในประเทศไทยเรามักแสดงลักษณะชั้น (bed) เนื่องจากการตกตะกอนให้เห็นเด่นชัด จึงทำให้ในอดีตมีหลายท่านเรียกชื่อหินตะกอนเหล่านี้อีกอย่างหนึ่งว่า "หินชั้น" แต่ในปัจจุบันพบว่าการเรียกชื่อหินตะกอนว่าหินชั้นนั้น ไม่ค่อยเป็นที่นิยมสักเท่าไร ในทั่วไปนี้ให้ใช้ชื่อ "หินตะกอน" ในการเรียกชื่อหินตะกอนแทนคำว่า หินชั้น

นักธรณีวิทยาจำแนกหินตะกอนตามลักษณะการเกิดออกเป็น 3 กลุ่มคือ

• หินตะกอนอนุภาค (Clastic rocks)
  • หินกรวดมน (Conglomerate) เป็นหินเนื้อหยาบเกิดจากตะกอนซึ่งเป็นหิน กรวด ทราย ที่ถูกกระแสน้ำพัดพามาอยู่รวมกันแล้วแข็งตัว สารละลายในน้ำใต้ดินทำตัวเป็นซิเมนต์ประสานให้อนุภาคใหญ่เล็กเหล่านี้ เกาะตัวกันเป็นก้อนหิน
  • หินทราย (Sandstone) เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดปานกลาง เกิดจากการทับถมตัวของทรายเป็นระยะเวลานาน มีองค์ประกอบหลักเป็นแร่ควอรตซ์ คนโบราณใช้หินทรายแกะสลัก สร้างปราสาท และทำหินลับมีด
  • หินดินดาน (Shale) เป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดมาก เนื่องจากประกอบด้วยอนุภาคทรายแป้งและอนุภาคดินเหนียวทับถมกันเป็นชั้นบาง ๆ ขนานกัน เมื่อทุบหินจะแตกตัวตามรอยชั้น (ฟอสซิลมีอยู่ในหินดินดาน) ดินเหนียวที่เกิดดินดานใช้ทำเครื่องปั้นดินเผา
• หินตะกอนเคมี (Chemical sedimentary rocks)
  • หินปูน (Limestone) เป็นหินตะกอนคาร์บอเนต เกิดจากการทับถมของตะกอนคาร์บอเนตในท้องทะเล ทั้งจากสารอนินทรีย์ และซากสิ่งมีชีวิต เช่น ปะการัง และกระดองของสัตว์ทะเล ซึ่งถับถมกันภายใต้ความกดดันและตกผลึกใหม่เป็นแร่แคลไซต์จึงทำปฏิกิริยากับกรด หินปูนใช้ทำเป็นปูนซิเมนต์ และใช้ในการก่อสร้าง
  • หินเชิร์ต (Chert) หินตะกอนเนื้อแน่นแข็ง เกิดจากการตกผลึกใหม่ เนื่องจากน้ำพาสารละลายซิลิกาเข้าไปแล้วระเหยออก ทำให้เกิดผลึกซิลิกาแทนที่เนื้อหินเดิม หินเชิร์ตมักเกิดขึ้นใต้ท้องทะเล เนื่องจากแพลงตอนที่มีเปลือกเป็นซิลิกาตายลง เปลือกของมันจะจมลงทับถมกัน หินเชิร์ตจึงปะปนอยู่ในหินปูน
• หินตะกอนอินทรีย์ (Organic sedimentary rocks)
  • ถ่านหิน (Coal) เกิดจากการทับถมของซากพืชที่ยังไม่เน่าเปื่อยไปหมดเนื่องจากสภาวะออกซิเจนต่ำ สภาวะเช่นนี้เกิดตามห้วยหนองคลองบึง ในแถบภูมิอากาศแบบเส้นศูนย์สูตร การทับถมทำให้เกิดการแรงกดดันที่จะระเหยขับไล่น้ำและสารละลายอื่น ๆ ออกไป ยิ่งมีปริมาณคาร์บอนมากขึ้นถ่านหินจะยิ่งมีสีดำ เริ่มจาก พีต เป็นถ่านหินคุณภาพต่ำ ลิกไนต์ (Lignite) เป็นถ่านหินคุณภาพปานกลาง มีมากที่เหมืองแม่เมาะ จ. ลำปาง บิทูมินัส เป็นถ่านหินมีคุณภาพดีกว่าลิกไนต์ แอนทราไซต์ (Anthracite) เป็นถ่านหินคุณภาพสูง ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ นอกจากนี้ยังมี ซับบิทูมินัส เป็นถ่านหินที่มีคุณภาพอยู่ระหว่างลิกไนต์กับบิทูมินัส ซึ่งพบได้ในประเทศไทยเท่านั้น