علم أعصاب الموسيقى (بالإنجليزية: Neuroscience of music) هي الدراسة العلمية لآلية عمل الدماغ المرتبطة بالعملية المعرفية المتعلقة بالموسيقى. يتضمن هذا المسلك الاستماع للموسيقى، وأداءها، وتأليفها، وقراءتها، وكتابتها، والنشاطات المكملة لها. تركز أيضًا بشكل متزايد على الأساس الدماغي لجماليات الموسيقى وعاطفة الموسيقى. قد يتلقى العلماء العاملون في هذا المجال تدريبًا في مجالات العلوم العصبية المعرفية، وطب الجهاز العصبي، والتشريح العصبي، ونظرية الموسيقى، وعلم الحاسوب، ومجالات أخرى ذات صلة.
تعتبر العلوم العصبية المعرفية الموسيقية فرعًا هامًا من علم نفس الموسيقى، ويمكن تمييزها عن مجالات أخرى مثل علم الموسيقى المعرفي باعتماده على المشاهدات المباشرة للدماغ واستخدام تقنيات مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، والتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة، وتخطيط الدماغ المغناطيسي، وتخطيط أمواج الدماغ، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.