Fossilt brensel er brensel som finnes naturlig i jordskorpen. Fossilt brensel er dannet av rester etter planter og dyr som levde for mange millioner år siden.
Eksempler på fossilt brensel er naturgass, olje og kull.
Fossile brensler regnes som ikke-fornybare energikilder. Det blir brukt til å lage varme, produsere elektrisitet, og som drivstoff i forskjellige transportmidler. Bensin og diesel til biler er eksempler på drivstoff som er laget av fossilt brensel.