Die Optimale Versuchsplanung, auch Optimal Experimental Design genannt ist ein Teilgebiet der statistischen Versuchsplanung.
Ziel ist es, Versuchspläne so zu konstruieren, dass z. B. bei vorgegebener Versuchsanzahl die Identifizierung der interessierenden unbekannten Größen im Sinne eines geeigneten Optimalitätskriteriums bestmöglich gelingt.
Besonders fortgeschritten und mathematisch ausgereift ist die optimale Versuchsplanung für lineare Modelle, insbesondere lineare Regressionsmodelle. Für nichtlineare Modelle gibt es ebenfalls Ansätze zur optimalen Versuchsplanung, in einem speziellen Fall siehe z. B. unter modellbasierte Versuchsplanung.