Duveholmssjön er ein innsjø i Katrineholm i Katrineholm kommun i landskapet Södermanland i Sverige. Innsjøen er, saman med Djulösjön, ein av to populære innsjøar med badeplass i tettstaden Katrineholm, og utgjer saman med andre samanhengande vassløp eit populært fritidsområde for padlarar. Innsjøen har sitt namn etter herregarden Duveholm.