זוחלים ימיים היא קבוצה של זוחלים החיים את רוב חייהם בים ומוצאים בו את מזונם. קבוצה זו איננה ענף או קבוצה טבעית, אלא קבוצה המאגדת בתוכה בעלי חיים מענפים שונים בעלי אפיונים דומים (עקב אבולוציה מתכנסת).
לאחר הכחדת קרטיקון-שלישון, היו הרבה פחות זוחלים ימיים מאשר קודם וסדרות רבות של זוחלים ימיים ואף חיות ים אחרות – נכחדו. היצורים ששרדו ופנו לים היו תנינים שונים (תנין הים הוא התנין היחיד ששוחה באוקיינוס), צבי ים, נחשי ים ארסיים ובאיי גלאפגוס גם איגואנה ימית.
שלא כמו יונקים ימיים ועופות ימיים, לחלק מהזוחלים הימיים יש אפשרות לנשום חלקית חמצן מהעור וכך להיות יותר זמן מתחת למים. אך לעומתם הם אינם יכולים להיות במים קרים ושופעי חמצן ודגים (מלבד הצב הגלדי). בנוסף, הזוחלים הימיים מטילים ביצים ביבשה אם כי חלקם ממליטים ולדות בתוך הים. חלק מהזוחלים הימיים שנכחדו לא יכלו כלל לעלות לחוף, כך שהם השריצו צאצאים חיים בים. הדבר ניכר ממאובנים של איכתיוזאורוס בהמלטה.
