System operacyjny czasu rzeczywistego (ang. real-time operating system) to komputerowy system operacyjny, który został opracowany zgodnie ze specyficznymi wymaganiami związanymi z czasem wykonywanych przez niego operacji. Zdarzenia zewnętrzne (przerwania) nie są obsługiwane dosłownie w czasie rzeczywistym, ale system zapewnia rozpoczęcie ich obsługiwania w ciągu określonego czasu. Może być fragmentem większego systemu czasu rzeczywistego i zwykle przyjmuje w nim rolę elementu nadzorującego działanie całości.
Nietrywialnym problemem w tego typu systemach operacyjnych jest algorytm szeregowania oraz podziału czasu. W systemie operacyjnym czasu rzeczywistego trzeba określić, któremu z procesów należy przydzielić procesor oraz na jak długi czas, aby wszystkie wykonywane procesy spełniały zdefiniowane dla nich ograniczenia czasowe.
Pojawienie się systemów operacyjnych tego typu wiąże się z m.in. zapotrzebowaniem techniki wojskowej na precyzyjne w czasie sterowanie rakietami. Obecnie systemy operacyjne tego typu są wykorzystywane powszechnie w przemyśle cywilnym, sterują również urządzeniami takimi jak na przykład: centrale telefoniczne, marsjańskie lądowniki NASA oraz samochodowy ABS.