Hlavonožec (/ˈsɛfələpɒd, ˈkɛf-/) je každý člen třídy měkkýšů Cephalopoda (řecky plural κεφαλόποδες, kephalópodes; “hlava-nohy”) jako sépie, chobotnice, sépie nebo nautilus. Tito výhradně mořští živočichové se vyznačují oboustrannou tělesnou symetrií, výraznou hlavou a sadou paží nebo chapadel (svalnatých hydrostatů) modifikovaných z primitivní nohy měkkýše. Rybáři někdy nazývají hlavonožce „inkoustovou rybou“ s odkazem na jejich společnou schopnost stříkat inkoust. Studium hlavonožců je obor malakologie známý jako teuthologie.
Existuje více než 800 žijících druhů hlavonožců, i když jsou i nadále popisovány nové druhy. Odhaduje se, že bylo popsáno 11 000 vyhynulých taxonů, i když povaha hlavonožců s měkkým tělem znamená, že nejsou snadno zkamenělí.
Cefalododi se vyskytují ve všech oceánech na Zemi. Nikdo z nich netoleruje sladkovodní vodu, ale oliheň krátkosrstá, Lolliguncula brevis, nalezená v zátoce Chesapeake, je významnou částečnou výjimkou v tom, že toleruje brakickou vodu.Předpokládá se, že cefalododi nemohou žít ve sladkovodních vodách kvůli četným biochemickým omezením a za dobu své 400+ milionů let existence se nikdy neodvážili do plně sladkovodních biotopů.
Hlavonožci obývají většinu hloubky oceánu, od propastné pláně až po mořskou hladinu. Jejich rozmanitost je největší poblíž rovníku (~40 druhů ulovených v sítích při 11°N studií rozmanitosti) a klesá směrem k pólům (~5 druhů ulovených při 60°N).