Kai Manne Börje Siegbahn (født 20. april 1918 i Lund, død 20. juli 2007 i Ängelholm) var en svensk fysiker og nobelprisvinner. Han ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1981 sammen med Nicolaas Bloembergen og Arthur Schawlow for deres bidrag til utviklingen av spektroskopi.
Kai Siegbahn var sønn av Manne Siegbahn, som selv fikk Nobelprisen i fysikk i 1924, bror til Bo Siegbahn og far til Per Siegbahn og Hans Siegbahn.
Siegbahn studerte i Uppsala og ble der fil.kand., for senere å disputere og bli Ph.D i fysikk og dosent. Han var professor ved den tekniske høgskolen i Stockholm fra 1951 til 1954 og opprettholdt siden farens stol i eksperimentell fysikk ved Universitetet i Uppsala fra 1954 til 1984.
Kai Siegbahn ble innvalgt som representant av Kungliga Vetenskapsakademien i 1958 ble representant av Ingenjörsvetenskapsakademien i 1968.