导弹预警卫星，是指用于监视和发现敌方战略弹道导弹并发出警报的侦察卫星。通常被发射到地球静止卫星轨道，由几颗卫星组成预警网。

导弹预警卫星是随着洲际导弹的发展而于20世纪70年代发展起来的。这是一种地球同步轨道卫星，它利用无线电雷达和红外敏感望远镜，可以不间断监视敌方的阵地。一旦敌方的导弹起飞，预警卫星能在很短时间发现并实施跟踪，而且能够迅速通知地面指挥中心，做出应急反应。导弹预警卫星上装有高灵敏度的红外探测器和带望远镜头的电视摄像机，在敌方从地面或水下发射导弹后数十秒内，红外探测器即可探测到导弹上升段飞行期间发动机尾焰的红外辐射，并发出警报。同时高分辨率的电视摄像机跟踪拍摄目标，自动或按照地面遥控指令向防空指挥部发回目标图像，并在地面电视荧光屏上显示出导弹尾焰的图像。预警卫星上一般还装有核辐射探测器，往往兼作核爆炸探测卫星。

导弹预警卫星采用高轨道，覆盖范围广，能克服地面防空雷达因电波信号沿直线传播受地球曲率影响而不能尽早发现目标的缺点。一般而言，导弹预警卫星能在每8秒～12秒钟对地球表面上某一特定地区扫描一次，能在50秒～60钟内识别出导弹红外源，并且在3分钟～4分钟时间内将预警信息发送到地面防空指挥中心。根据敌方导弹发射场的远近，大致可获得15分钟～30分钟预警时间，从而便于己方捕捉战机，及时组织战略防御或实施反攻，它是信息化战争中战略防御系统的重要组成部分。

在海湾战争中，美国“国防支援计划”导弹预警卫星系统就曾探测到伊拉克“飞毛腿”导弹发射，并向以色列和沙特阿拉伯提供预警。