結晶構造（けっしょうこうぞう）とは、原子が三次元空間で規則正しく周期的に配列した構造のことです。半導体の電気的・機械的性質はこの原子配列によって決まり、シリコンをはじめとする半導体材料の理解と加工の出発点となります。
結晶構造は、繰り返しの最小単位である単位格子で表されます。半導体で重要なのは、シリコンやゲルマニウムが取るダイヤモンド構造、GaAsやGaNなどの化合物半導体が取る閃亜鉛鉱型（ジンクブレンド）構造・ウルツ鉱型構造です。原子の並び方の違いがバンド構造や移動度の違いを生みます。
結晶内の方向や面は、ミラー指数を使って(100)・(111)などと表現されます。ウェハの面方位や結晶欠陥の有無はデバイス特性・歩留まりに影響するため、チョクラルスキー法などで育成された高品質な単結晶が半導体製造に用いられます。