Động vật chân đầu (Cephalopoda) (tiếng Hy Lạp  (kephalópoda); "chân-đầu") là một lớp động vật thân mềm gồm mực ống, bạch tuộc, mực nang và ốc anh vũ. Lớp này bao gồm phần lớn các động vật sống dưới biển với đặc trưng là cơ thể đối xứng, phần đầu nổi bật, và có nhiều xúc tua được phát triển từ chân của các động vật thân mềm nguyên thủy.

Động vật thân mềm trở nên phổ biến trong suốt kỷ Ordovic, đặc trưng là Nautiloidea nguyên thủy. Lớp này hiện chỉ có 2 phân lớp còn sinh tồn là Coleoidea, bao gồm mực ống, bạch tuộc, và mực nang; và Nautiloidea, đại diện bởi chi Nautilus và Allonautilus. Trong phân lớp Coleoidea, vỏ của nó đã bị tiêu biến trong khi phân nhóm Nautiloidea, vỏ bên ngoài vẫn còn. Khoảng 800 loài còn tồn tại trong lớp này đã được nhận dạng. Hai nhóm tuyệt chủng quan trọng đó là cúc đá (Ammonoidea) và Belemnoidea.