Molekulární evoluce je proces vývoje DNA, RNA a proteinů.
Molekulární evoluce vznikla jako vědní obor v 60. letech 20. století, kdy se vědci z oblasti molekulární biologie, evoluční biologie a populační genetiky snažili pochopit strukturu a funkci nukleových kyselin a bílkovin. Mezi klíčová témata patřila evoluce funkce enzymů, využití změn nukleových kyselin jako molekulárních hodin pro studium divergence druhů a původ nefunkční neboli junk DNA.
Nedávné pokroky v genomice, včetně sekvenování celého genomu, a bioinformatice vedly k dramatickému nárůstu studií na toto téma. V roce 2000 se zkoumala role genových duplikací, rozsah adaptivní molekulární evoluce versus neutrální genetický drift a identifikace molekulárních změn zodpovědných za různé lidské vlastnosti, zejména ty, které se týkají infekcí, nemocí a poznávání.