Dans le domaine de l'écologie, la notion d'invasion biologique a été définie par Williamson en 1996 comme, sur une période identifiable à l’échelle des temps géologiques ou paléontologique, une « invasion » caractérisée par l'accroissement durable de l’aire de répartition d’un taxon (qu'il s’agisse d'une ou de plusieurs populations, et que cette invasion soit naturelle ou d’origine anthropique).
L'expression est habituellement utilisée pour des plantes ou des animaux, plus que pour des pathogènes microbiens de l'homme ou d'animaux domestiques, mais l'épidémiologie traite aussi d'invasions biologiques.
Des invasions biologiques occasionnelles se sont produites aux échelles géologiques, participant à l’évolution des espèces. Mais depuis quelques siècles et plus encore depuis quelques décennies, l'Homme a fortement accéléré ce processus au point qu'il est maintenant reconnu comme la deuxième cause de déclin accéléré de la biodiversité, juste après la destruction et fragmentation des habitats, auquel il participe.