Gunnar Holmsen (født 24. november 1880 på Røros, død 25. januar 1976 i Oslo) var geolog og en aktiv amatørfotograf. En samling av fotografier finnes ved Norges geologiske undersøkelse og i Nasjonalbiblioteket.
Gunnar Holmsen var sønn av hyttemester Hans Elias Peter Andreas Holmsen og Hilda Stengel.
Han var gift med botanikeren Hanna Resvoll-Holmsen. Hans bror Andreas Holmsen var gift med hennes søster, Thekla Resvoll.