Ay illüzyonu (veya Ayın Büyüklük İllüzyonu), Ay'ın ufukta göründüğü, gökyüzünün yüksek bölgelerinde gördüğü ise daha küçük görünen optik bir yanılsamadır. Bu illüzyon, Ay'ın fiziksel boyutlarında bir değişiklik olmadığı halde, Ay'ın boyutunun gözlemlerle algılanan büyüklüğünde önemli farklar yaratır.