Inom kemi och biologi definieras en makromolekyl som en molekyl med ett mycket stort antal atomer. Makromolekyler har vanligtvis mer än 100 komponentatomer. Makromolekyler uppvisar mycket olika egenskaper än mindre molekyler, inklusive deras underenheter, när det är tillämpligt.
Däremot är en mikromolekyl en molekyl som har en liten storlek och molekylvikt.
Termen makromolekyl myntades av Nobelpristagaren Hermann Staudinger på 1920-talet. Vid den tiden hade termen "polymer" en annan betydelse än den gör idag, annars kan det ha blivit det föredragna ordet.
De flesta polymerer är makromolekyler och många biokemiska molekyler är makromolekyler. Polymerer består av underenheter, kallade mers, som är kovalent kopplade för att bilda större strukturer. Proteiner, DNA, RNA och plast är alla makromolekyler. Många kolhydrater och lipider är makromolekyler. Kolnanorör är ett exempel på en makromolekyl som inte är ett biologiskt material.