Penrosetesselation, eller penrosemönster, är en aperiodisk tessellation med aperiodiska plattor, som har uppkallats efter den brittiske matematikern Roger Penrose. Denne presenterade sådana under 1970-talet i samarbete med matematikern John H. Conway. En annan matematiker som arbetade mycket med Penrosetessellationer var Robert Ammann, som oberoende av Penrose upptäckte Penroses tredje set.
Att Penrosetessellationen är aperiodisk innebär att om man fyller ett euklidiskt plan med plattor som inte överlappar varandra, så kan man inte återfinna ett godtyckligt valt mönster i plattläggningen. Att plattorna är aperiodiska, betyder att de endast kan användas till att bilda en aperiodisk tessellation.
Penrosetessellation har dessutom fler egenskaper. En är att om man skulle lägga ut en Penrosetessellation på ett oändligt stort plan och sedan välja ett ändligt område så kan man återfinna detta område ett oändligt antal gånger på denna tessellation och alla andra tessellationer med samma plattor.