段志玄（598年－642年），名雄，字志玄，齐州邹平（今山东济南）人。
段志玄早年与父亲客居太原，后从高祖起兵，隶属李世民部下，随其平定王世充，累升至秦王府右二护军。玄武门之变时，段志玄拒绝太子李建成的引诱，扶助李世民登上帝位，升任左骁卫大将军，封樊国公。
段志玄在李世民命人修建的凌烟阁中排名第十，如果只算武将，仅仅排名在尉迟敬德和李靖之后，可见他在李世民眼中以及在唐朝建国过程中的地位。
段志玄身材伟岸，器宇轩昂，但是少年时颇有瑕疵，“少无赖，数犯法”（《新唐书》）。
611年（大业七年），隋炀帝远征高句丽，段志玄时年十四岁，应募从征。后来，段志玄随父亲客居太原，得到李世民的赏识。
617年（大业十三年），唐高祖李渊在晋阳（今山西太原）起兵反隋。段志玄募兵千余人，被授为右领大都督府军头，并担任先锋，夺取霍邑（今山西临汾）、绛郡（今山西新绛），攻打永丰仓（在今陕西大荔），累功至左光禄大夫。
后来，段志玄随刘文静到潼关抵御屈突通。刘文静被桑显和偷袭，军营溃散。段志玄率领二十余骑冲阵，“为流矢中足，虑众心动，忍而不言，更入贼阵者再三”，连杀数十人，可谓彪悍。最终，唐军军心大振，桑显和大败。不久，段志玄与诸将追擒屈突通，因功授乐游府骠骑将军。
621年（武德四年），秦王李世民东征王世充。段志玄在作战时马倒被擒，敌军两将抓着他的发髻，要将他带走，——“两骑夹持其髻，将渡洛水，志玄踊身而奋，二人俱坠马，驰归，追者数百骑，不敢逼”。
此举颇似当年飞将军李广被擒逃离匈奴的场景。
626年（武德九年），太子李建成欲谋害李世民，以重金贿赂段志玄，企图诱其归顺。段志玄拒不接受，并将此事告知李世民，后与尉迟敬德等人发动玄武门之变，诛杀李建成、李元吉。不久，李世民登基，是为唐太宗，段志玄迁任左骁卫大将军，封樊国公。
634年（贞观八年），段志玄被任命为西海道行军总管，率领边军与契苾、党项等部落兵马征讨吐谷浑。段志玄击破吐谷浑，段志玄率军追击八百余里，到距离青海湖三十余里时，吐谷浑驱赶着牧马逃走。
637年（贞观十一年），唐太宗封功臣为世袭刺史，段志玄为金州刺史，改封褒国公。638年（贞观十二年），升任右卫大将军。640年（贞观十四年），又加镇军大将军。
642年（贞观十六年），段志玄患病。唐太宗前往探视，并打算封其子为五品官。段志玄请求将官职封给弟弟段志感，唐太宗遂封段志感为左卫郎将。
不久，段志玄病逝，终年四十五岁，赠辅国大将军、扬州都督，谥号庄肃（一作忠壮），并陪葬昭陵。
