El ducado de Sajonia-Weimar es un antiguo ducado de Alemania situado en el actual estado federado de Turingia, perteneciente a los llamados Ducados Ernestinos, ya que eran gobernados por duques de la línea Ernestina de la casa sajona de los Wettin.
En 1547 el elector Juan Federico I, el Magnánimo, uno de los jefes de la Liga de Esmalcalda, fue derrotado por el emperador Carlos V en la batalla de Mühlberg y hecho prisionero. En la Capitulación de Wittenberg, el duque debió ceder el electorado y parte de sus territorios a Mauricio de Sajonia-Meissen de la línea Albertina, conservando tan solo sus posesiones de Turingia. Aunque condenado a cadena perpetua, el emperador lo libera en 1552 y toma el gobierno en Weimar.
La muerte de Juan Federico II en 1566 reunifica de nuevo el ducado, pero los hijos de este se enfrentan a su tío por sus derechos dinásticos. En 1572 llegan a un acuerdo, la División de Erfurt, en la que se forman realmente los primeros ducados, Sajonia-Coburgo para el hijo mayor Juan Casimiro, Sajonia-Eisenach para su hermano pequeño Juan Ernesto II y Juan Guillermo se queda con Sajonia-Weimar, que comprendía también los territorios de Altenburgo, Gotha y Meiningen. Su sucesor Federico Guillermo I toma el título de duque de Sajonia-Altenburg, aunque los territorios eran los mismos que los de su padre. Al morir en 1602, el ducado sufre una nueva división, Altenburgo lo heredan sus hijos y el resto (Sajonia-Weimar) queda en manos de su hermano Juan II.
Tras la muerte de Juan III, un nuevo desmembramiento se produce entre los numerosos hijos de este, hasta seis de ellos llevan a la vez el título de duque de Sajonia-Weimar. Sin embargo, solo dos sobreviven a los demás y crean dos líneas nuevas, Ernesto I de Sajonia-Gotha y Guillermo IV de Sajonia-Weimar.