Kolonisatie is in de biogeografie en biologie het zich natuurlijk vestigen, dus zonder direct menselijk toedoen, van een bepaald soort organismen in een nieuwe leefomgeving. Daar kan zich dan een nieuwe populatie vormen, een groep bij elkaar levende organismen van dezelfde soort. Soorten die een meestal leeg of bijna leeg gebied koloniseren, waar ze niet eerder voorkwamen, worden pioniersoorten genoemd.
De kolonie kan zich onder gunstige milieuomstandigheden uitbreiden in de nieuwe habitat. Als er weinig of geen concurrentie wordt ondervonden en er bovendien geen natuurlijke vijanden van de soort in zijn nieuwe habitat aanwezig zijn, kan de populatie exponentieel groeien. Men spreekt daar dan van een invasieve exoot. Bij negatieve groei kan er uiteindelijk weer sprake zijn van uitsterven.