ذاكرة شهود العيان (بالإنجليزية: Eyewitness memory) هي ذاكرة عرضية لشخص عن جريمة أو حدث درامي آخر شهده. حيث غالبًا ما يعتمد النظام القضائي على شهادة شهود العيان. ويمكن أن تدل هذه الذاكرة أيضًا إلى ذاكرة الشخص للوجه، حيث يُطلب منهم تذكر وجه الجاني على سبيل المثال. ومع ذلك، فإن دقة ذاكرة شهود العيان موضع تساؤل في بعض الأحيان، لوجود العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر أثناء الترميز واسترجاع الحدث المشهود، والتي قد تؤثر سلبًا على تكوين ذاكرة عن الحدث والحفاظ عليها. لاسيما أن الخبراء قد وجدوا أدلة تشير إلى أن ذاكرة شهود العيان غير معصومة من الخطأ.
لطالما تكهن الناس بأن تحديد شهود العيان الخاطئ يؤدي دورًا رئيسيًا في الإدانة الخاطئة للأفراد الأبرياء. وتدعم هذه التكهنات، مجموعة كبيرة من الأبحاث الآن، ممّا يشير إلى أن التعرف على شهود العيان الخاطئ هو المسؤول عن إدانات الأبرياء أكثر من أي عوامل أخرى مجتمعة. وقد يكون هذا بسبب أن تفاصيل الأحداث العاطفية غير السارة تُتذكر بشكل سيئ مقارنة بالأحداث المحايدة، فحالات الاستثارة العاطفية العالية التي تحدث أثناء حدث مرهق أو صادم، تؤدي إلى معالجة ذاكرة أقل كفاءة.
لقد قرر مشروع البراءة، وهي منظمة قانونية أمريكية غير ربحية، أن 75٪ من 239 حالة تبرئة من الحمض النووي حدثت بسبب شهادة شهود عيان غير دقيقة. لذا، من المهم إبلاغ الجمهور بالطبيعة المعيبة لذاكرة شهود العيان والصعوبات المتعلقة باستخدامها في نظام العدالة الجنائية حتى لا يُنظر إلى روايات شهود العيان على أنها الحقيقة المطلقة.