Slottsfjellsmuseet er et museum i Tønsberg i Vestfold og Telemark fylke. Det ligger sentralt i byen, i landlige omgivelser ved foten av Slottsfjellet. Museet åpnet som Vestfold Fylkesmuseum i 1939, og ble en avdeling av Vestfoldmuseene IKS fra 2009. Midlertidig leder av Slottsfjellsmuseet er Haakon Livland.
Museet og området rundt er et sammenhengende kulturmiljø som representerer byens lange historie, med blant annet byløkker, markering av teglovn fra middelalder og museets bygdeavdeling. Ruinparken på Slottsfjellplatået viser rester etter en av landets og Nordens største middelalderborger Tunsberghus. Det 27 meter lange hvalskjelettet i Hvalhallen, er verdens største bevarte skjelett.
Slottsfjellsmuseet vil med tiden bli et sentralt middelaldermuseum hvor byens og Vestfolds historie sees i sammenheng med nasjonale og internasjonale interesser. Nye middelalderutstillinger vil inkludere byen og Slottsfjellet med Tallak og museumsområdet under slagordet «Med en levende middelalder inn i fremtiden».