组合生物合成（Combinatorial Biosynthesis）是指在了解微生物生物合成途径以及克隆有关生物合成、调节等基因的基础上，在体外对这些不同来源（种内或种外）的基因进行删除、添加、取代以及重组，然后导入到一个适当的微生物宿主中并定向合成所需的一系列化合物。

例如新抗生素或其他一些新的生理活性物质。它与组合化学的主要区别是在基因水平上由微生物合成各种各样的化合物。