細胞增殖是細胞生長和分裂產生兩個子細胞的過程。細胞增殖導致細胞數量呈指數增長，因此是組織生長的快速機制。細胞增殖需要細胞生長和細胞分裂同時發生，以使細胞的平均大小在群體中保持不變。細胞分裂可以在沒有細胞生長的情況下發生，產生許多逐漸變小的細胞（如合子的分裂）)，而細胞生長可以在沒有細胞分裂的情況下產生單個更大的細胞（如神經元的生長）。因此，細胞增殖不是細胞生長或細胞分裂的同義詞，盡管這些術語有時可以互換使用。
干細胞經歷細胞增殖以產生增殖的“轉運放大”子細胞，這些子細胞隨后在正常發育和組織生長期間、在損傷后的組織再生期間或在癌癥中分化以構建組織。
群體中的細胞總數由細胞增殖率減去細胞死亡率決定。
細胞大小取決于細胞生長和細胞分裂，細胞生長速率的不成比例增加會導致較大細胞的產生，而細胞分裂速率的不成比例增加會導致許多較小細胞的產生。細胞增殖通常涉及平衡的細胞生長和細胞分裂速率，在指數增殖的細胞群中維持大致恒定的細胞大小。細胞增殖是通過將細胞生長與規則的“G1-S-M-G2”細胞周期相結合來產生許多二倍體細胞后代而發生的。
在單細胞生物中，細胞增殖很大程度上取決于環境（或實驗室生長培養基）中營養物質的可用性。
在多細胞生物中，細胞增殖過程受到基因組中編碼的基因調控網絡的嚴格控制，主要由轉錄因子執行，包括在發育過程中由生長因子引發的信號轉導通路調節的轉錄因子。此外，動物攝入的營養物質可以誘導胰島素/IGF-1的循環激素家族，也被認為是生長因子，并且具有促進全身細胞增殖的功能。
不受控制的細胞增殖，導致增殖率增加，或細胞未能在正常時間阻止其增殖，是癌癥的一個原因。