Kelmayisaurus (řecky „karamay lizard“) je vyhynulý rod teropodního dinosaura karcharodontosaurida z rané křídy. Odhaduje se, že dorůstá 9 až 11 metrů (30-36 stop) jeho jméno odkazuje na ropné město Karamay v provincii Sin-ťiang v západní Číně poblíž místa, kde byl nalezen.
Kelmayisaurus je znám z holotypu a jediného exempláře IVPP V 4022. Skládá se z úplné levé zubní protézy (dolní čelist se zuby) a částečné levé horní čelisti. Exemplář byl nalezen v souvrství Lianmugin skupiny Tugulu, datované do stadií Valanginian-Albian, asi před 140 až 100 miliony let. Lokalita objevů je blízko Wuerho v pánvi Junggar. Poprvé byl pojmenován a popsán čínským paleontologem Dong Zhimingem v roce 1973 a typovým druhem je Kelmayisaurus petrolicus. Předpokládaný druhý druh, K. “gigantus”, byl zmíněn Gradym v dětské knize v roce 1993 jako gigantický páteřní sloupec pocházející z 22 m dlouhého exempláře, ale je to nomen nudum a pravděpodobně nepatří ke Kelmayisaurus. Může to být místo toho sauropod.
Kelmayisaurus byl považován za nomen dubium kvůli jeho skrovným pozůstatkům a jeho fylogenetická poloha byla nejistá. Obvykle byl považován za bazálního tetanurana s nejistou afinitou. Kelmayisaurus je však diagnostikovatelný podle tvaru a přítomnosti hluboce vložené přídavné rýhy na boční straně zubní protézy, hlavní zubonosné kosti spodní čelisti. Některé jeho rysy jsou podobné rysům karcharodontosaurů, ale jsou také vidět u velkých megalosauroidů jako Megalosaurus a Torvosaurus.
V roce 2011 redescripce holotypu Stephenem L. Brusattem, Rogerem B. J. Bensonem a Xing Xu zjistila, že Kelmayisaurus je platný rod Carcharodontosauridae s jedinou autapomorfií. Fylogenetická analýza Tetanurae objevila K. petrolicus jako bazální karcharodontosaurid v trichotomii s Eocarcharií a kladem obsahujícím více odvozených karcharodontosauridů.