Die Gametogenese ist die Bildung von Gameten (Geschlechtszellen) im Rahmen der geschlechtlichen oder sexuellen Fortpflanzung.
Beim Menschen und bei allen vielzelligen Tieren (Metazoa) ist sie mit einer Reduktionsteilung (Meiose) verbunden. Bei ihnen sind alle Körperzellen diploid (doppelter Chromosomensatz); nur die Gameten sind infolge der Meiose haploid (einfacher Chromosomensatz) und bilden bei ihrer Vereinigung (Befruchtung) eine diploide Zygote, aus der der Nachkomme hervorgeht. Solche Organismen bezeichnet man als Diplonten.
Dagegen sind bei Haplonten alle Körperzellen haploid, und nur die Zygote ist diploid. Bei ihnen ist die Gametogenese daher nicht mit einer Meiose verbunden. Dies ist bei vielen Algen der Fall. Auch bei Diplohaplonten, die durch einen Wechsel von haploiden und diploiden Generationen gekennzeichnet sind, findet die Gametogenese ohne Meiose statt. Hierzu gehören alle (höheren) Pflanzen.
Bei Tieren (und beim Menschen) wird die Gametogenese im weiblichen Geschlecht als Oogenese bezeichnet, im männlichen als Spermatogenese.