Двигателят с вътрешно горене (ICE) е топлинен двигател, при който изгарянето на гориво става с окислител (обикновено въздух) в горивната камера, която е неразделна част от веригата на потока на работната течност. В двигател с вътрешно горене разширяването на газовете с висока температура и високо налягане, произведени чрез изгаряне, прилага пряка сила върху някои компоненти на двигателя. Силата се прилага обикновено към бутала, лопатки на турбина, ротор или дюза. Тази сила премества компонента на разстояние, превръщайки химическата енергия в полезна механична енергия.
Първият търговски успешен двигател с вътрешно горене е създаден от Етиен Леноар наоколо, а първият модерен двигател с вътрешно горене е създаден от Николаус Ото (вж. Двигател на Ото).
Терминът двигател с вътрешно горене обикновено се отнася до двигател, при който горенето е с прекъсвания, като по-познатите четиритактови и двутактови бутални двигатели, заедно с варианти, като шесттактов бутален двигател и ротационен двигател на Ванкел. Втори клас двигатели с вътрешно горене използват непрекъснато горене: газови турбини, реактивни двигатели и повечето ракетни двигатели, всеки от които е двигател с вътрешно горене на същия принцип, както е описано по-горе. Огнестрелните оръжия също са форма на двигател с вътрешно горене.
За разлика от това, при двигатели с външно горене, като парни или двигатели на Стърлинг, енергията се доставя на работна течност, която не се състои, смесва се или е замърсена от продукти от горенето. Работните течности могат да бъдат въздух, гореща вода, вода под налягане или дори течен натрий, нагрят в котел. ДВГ обикновено се захранват от енергийно гъсти горива като бензин или дизел, течности, получени от изкопаеми горива. Въпреки че има много стационарни приложения, повечето ICE се използват в мобилни приложения и са доминиращото захранване за превозни средства като автомобили, самолети и лодки.
Обикновено ICE се захранва с изкопаеми горива като природен газ или петролни продукти като бензин, дизелово гориво или мазут. Нараства използването на възобновяеми горива като биодизел за двигатели с компресионно запалване и биоетанол или метанол за двигатели с искрово запалване. Понякога се използва водород, който може да бъде получен от изкопаеми горива или от възобновяема енергия.