Kosmoselennuk ehk orbiidilennuk (vahel kasutatakse samas tähenduses ka sõna kosmosesüstik) on lennusõiduk, mis toimib Maa atmosfääris nagu lennuk ja kosmoses nagu kosmoselaev.[1] See ühendab lennuki ja kosmoselaeva omadusi ning sellest võib mõelda kui lennukist, mis peab kosmose vaakumile vastu ja suudab selles manööverdada, või kui kosmoselaevast, mis suudab lennukina õhus lennata. Tavaliselt on kosmoselennukid tiibadega varustatud kosmoselaeva kujuga, ent on konstrueeritud ja katsetatud ka lifting-body (tõstejõudu arendava keha) tüüpi kosmoselennukeid. Kosmosesse jõudmiseks vajalik tõukejõud võidakse saavutada rakettmootorite või õhkreaktiivmootorite abil. Kosmosest tagasi pöördudes laugleb kosmoselennuk kuni maandumiseni.
Seni on edukalt lõppenud lennu (milleks loetakse Maa atmosfääri taassisenemist ja edukat maandumist) sooritanud vaid viis kosmoselennukit: X-15, Space Shuttle, Buran, SpaceShipOne ja X-37.