Een koepelkerk is een kerkgebouw waarbij het schip overdekt wordt door een koepelvormige kap. In de meeste gevallen is de kerk een centraalbouw. De term wordt ook wel gebruikt voor kerken waarbij alleen de kruising of de viering van een grote koepel is voorzien, dat wordt dan meer specifiek een kruiskoepelkerk genoemd.
Koepelkerken komen veelvuldig voor in de Byzantijnse architectuur. In de westerse architectuur werden koepelkerken voor het eerst gebouwd tijdens de Renaissance.
Na de Reformatie ontstond een groeiende behoefte aan centraliserende kerken. Deze werden vaak van een koepel voorzien. Tijdens de Barok werden ook veel katholieke koepelkerken opgetrokken.
In Willemstad in Noord-Brabant staat de eerste koepelkerk van de noordelijke Nederlanden die speciaal voor protestantse diensten werd gebouwd. Deze kerk heeft een koepel en is verder achthoekig. Vele latere protestantse kerken zijn eveneens achthoekig, zoals de Marekerk in Leiden.