直列六缸发动机（英语：Straight-six engine），简称直六、I6或L6，是指拥有6个气缸，且一字排开的发动机结构。
世爵汽车于1903年成为第一间生产直列六缸发动机的车厂，至1909年全世界已经有80间车厂使用这设计。直列六缸发动机只有单一
曲轴，设计上出力较为平衡，但发动机较长，在
V6发动机普及后已经被大多数的车厂放弃使用。
宝马和沃尔沃汽车是小数仍然生产直列六缸发动机的车厂，前者配置于其高性能的
前置后驱房车，后者配置于入门级的
前置前驱房车。不过，中重型商用车辆的
柴油发动机则以直列六缸为主流，因其发动机摆放方式跟乘用车有分别。2017年，梅赛德斯-奔驰再度生产应用于乘用车的直列六缸发动机，厂方表示，因为EQ Boost系统集合启动马达与发电机，并安装在发动机与变速箱之间，省去传统直列六缸发动机前端所需的皮带传动装置，大幅缩减发动机长度，让这款新直列六缸涡轮发动机，维持过往运转平顺优势且还更节能。
直列六缸的发动机只有单一
曲轴，设计上出力较为平衡，但发动机较长，在
V6发动机普及后已经被大多数的车厂放弃使用。
宝马是小数仍然生产直列六缸发动机的车厂，配置于其高性能的
前置后驱房跑车之中。
汽车装备的直列六缸发动机
排气量多在2至5升之间（120至310立方英寸）。虽然也有更小排量的直六发动机，但直六带来的平顺性无法抵销设计生产的高成本以致极为罕见。因为六个汽缸一字排开，直六发动机的长度要长于同等级直四，V4，V6或
V8发动机。量产的小型的直六发动机为意大利贝内利（Benelli）生产的“Sei”型摩托车，排气量仅0.7477L（45.63立方英寸），而
本田汽车和麦克·海伍德（Mike Hailwood）公司更于1960年代生产过装备0.25L（15立方英寸）的直列六缸，24气门的摩托车。
二次世界大战以前的
汽车发动机和现今相比排气量普遍比较巨大。那个时期大型直六发动机如劳斯莱斯银鬼上装备的7.4L发动机。有一些装备在1910年代Peerless，Pierce-Arrow和Fageol豪华车上的发动机更是达到了13.5L（824l立方英寸）之巨。不过其动力输出完全无法和现今发动机相比。战后排气量较大的直六发动机有美国汽车公司（AMC）生产的一系列排气量4.2L和4.6L发动机，用于美国汽车公司AMC系列和
捷豹汽车。其他的还有TVR“Speed Six”上那台4.0L发动机，
福特“Barra” 4.0L发动机，雪佛兰“250”和“Vortec4200”发动机，4.3L克莱斯勒“直六Hemi”发动机，
丰田陆地巡洋舰使用的HT和1HZ 4.2L发动机，尼桑TB发动机（4.5-4.8L）,以及哈德逊汽车上那台H-145 5.0L发动机。截至2009年，在产最大排气量发动机为
康明斯为
道奇公羊皮卡生产的直六
柴油发动机，其排气量达6.7L。
一台MAN制造的6S60MC直列六缸低速
柴油发动机。该发动机用在七万吨
散货船上，单台能输出9,014.8千瓦功率和703,130磅·英尺的扭矩（转速90.3 rpm）
发动机的震动可以细分为上下方向的“初级震动”和水平方向的“次级振动”。直列六缸发动机有着天生的良好平衡性，其发动机自身运动规律即可抵销“初级振动”和“次级振动”，不需要平衡轴的参与。发动机的气缸分成前后完全镜像对称的两组，气缸1和6，2和5，3和4同上同下并且各自力臂相等，故能有效的对销“初级震动”。
次级振动则是由于发动机“横切面”（从飞轮方向观察发动机）连杆给予曲轴水平方向不均匀受力造成的。相比直列
四缸发动机，直六发动机每一组三缸的连杆角度互为120度，能保证每一组在曲轴转过360度的周期内有一个缸点火。故能有效的消除“次级振动”。虽然在小型发动机中，次级振动带来的影响很小，但是在大型发动机里则不可忽视。在相同设计下，直列六缸发动机的平顺性要显著强于直列四缸发动机和
V6发动机。后两者必须小心的“平衡轴”以减轻振动。机械加工精度误差使得带平衡轴的
直列四缸和六缸发动机在高转速和高排气量下的振动急遽增加，难以和天生平衡的直列六缸相媲美。因此尽管直列六缸发动机在曲轴长度，发动机总长，生产成本上有劣势，但仍然得以广泛运用于追求舒适度的大型豪华轿车，追求马力输出的运动性车辆或跑车，以及大排气量的卡车及工业发动机。