علم الأعصاب التطوري هو دراسة علمية لتطور الأجهزة العصبية. يستقصي علم الأعصاب التطوري عن التطور والتاريخ الطبيعي لبناء الجهاز العصبي ووظائفه وخصائصه الناشئة. يعتمد هذا المجال على مفاهيم واكتشافات من كلا علم الأعصاب والبيولوجيا التطورية. تاريخيا، كانت معظم الأبحاث التجريبية في مجال التشريح المقارن، وتستفيد الدراسات الحديثة طرق المقارنة التطورية، كما يستفاد من مقاربات الاصطفاء الصناعي والتطور التجريبي.
يرتبط هذا المجال فكريا ونظريا بمجالات متنوعة كعلم الجينوم الإدراكي، الجينات العصبية، علم الأعصاب النمائي، علم السلوك العصبي، علم النفس المقارن، البيولوجيا النمائية التطورية، علم الأعصاب السلوكي، علم الأعصاب الإدراكي، علم البيئة السلوكي، الأنثروبولوجيا البيولوجية والبيولوجيا الاجتماعية.
يفحص علماء علم الأعصاب التطوري التغيرات الحادثة في الجينات، التشريح، وظائف الأعضاء، والسلوك، وذلك من أجل دراسة التغيرات التطورية الحادثة في الدماغ. ويدرسون عددا كبيرا من العمليات التي تتضمن تطور الأنظمة الصوتية، البصرية، السمعية، والتعلّمية وكذلك تطور اللغة. وبالإضافة إلى ذلك، يدرس علماء علم الاعصاب التطوري تطور مناطق معينة أو بنى معينة في الدماغ، كاللوزة الدماغية، الدماغ الأمامي، المخيخ، وكذلك القشرة الحركية أو القشرة البصرية.