Ein Tiefsee-U-Boot (engl. Deep Submergence Vehicle, DSV) ist ein Unterseeboot, das anders als die Masse der normalerweise militärischen U-Boote dem hohen Druck der Tiefsee standhalten kann. Tiefsee-U-Boote werden hauptsächlich zu wissenschaftlichen Zwecken eingesetzt, jedoch gibt es mit den Deep Submergence Rescue Vehicle auch Rettungs-Unterseeboote, die Tiefseetiefen über 800 Meter standhalten.
Die Geschichte der Tiefsee-U-Boote beginnt mit der Bathysphäre von Charles William Beebe, die 1934 bei Bermuda fast 1000 Meter tief tauchte. Alle weiteren Tiefseefahrzeuge basieren seitdem ebenfalls auf kugelförmigen Druckkörpern, im Gegensatz zu Beebes Pionierleistung können sich moderne U-Boote jedoch mit eigenem Antrieb bewegen.
Eine Sonderform des Tiefsee-U-Bootes stellt der Bathyscaph dar, der im Prinzip lediglich ein Druckkörper mit einem Behälter für Ballast und Auftriebsbenzin ist und nur eingeschränkt beweglich ist. Mit dem Bathyscaph Trieste wurde am 23. Januar 1960 eine Rekordtauchfahrt auf 10.916 Meter (Challengertief) unternommen.
Bemannte Tiefsee-U-Boote tauchen in Tiefen bis zu 11000 Metern. Eines der bekanntesten U-Boote dieser Bauart ist Alvin (Tauchtiefe 4500 Meter, ab 2011: 6500 Meter), mit welchem 1986 der bekannte Tauchgang zum Wrack der Titanic unternommen wurde. Ebenfalls recht bekannt sind die zwei russischen U-Boote vom Typ Mir (Tauchtiefe 6000 Meter). Weiter befinden sich das französische U-Boot Nautile (6000 Meter) und die japanische Shinkai 6500 (max. 6527 Meter) im aktiven Dienst. Die chinesische Jiaolong kann Tauchtiefen von bis zu 7000 Meter erreichen. Mit 7062 Metern wurde im Juni 2012 der nationale 5188 Meter-Rekord vom Juli 2011 übertroffen.Am 26. März 2012 erreichte James Cameron mit seinem Boot Deepsea Challenger alleine und als dritter Mensch insgesamt in einer Tiefe von 10.898 Metern den Grund des Challengertiefs im Marianengraben, den mutmaßlich tiefsten Punkt der Weltmeere.Im Rahmen der Five Deeps Expedition tauchte Victor Vescovo im Jahr 2019 mit dem Tiefsee-Tauchboot Limiting Factor in mehreren Tiefseegräben und erreichte z. B. den Boden des Challengertiefs, des Sirenatiefs und des Horizontiefs.