Palmira İmparatorluğu (260–273) Palmira merkezli, 3. yüzyılın ikinci yarısında kurulan, Suriye, Filistin, Lübnan, Mısır ve Anadolu'nun bir kısmını kapsayan kısa ömürlü imparatorluk.
Roma İmparatorluğu'nun Suriye eyaleti valisi Odaenathus, yeğeni Maconius tarafından öldürülünce, yönetim karısı Zenobia ve oğlu Vabalathus'a geçti. Zenobia Roma yönetiminden bağımsız hareket ederek, Palmira'nın etki alanını güney Suriye'de bulunan Busra kentine ve Mısır'ın batı kesimlerine kadar taşıyarak, kısa süren Palmira İmparatorluğu'nu kurdu.
Daha sonra kuzeyde Antakya'yı aldı. Kısa sürede Anadolu'nun güneyi ve doğusunu, Fırat ve Dicle havzasının bir bölümünü, Suriye, Filistin, Sina yarımadası ve Mısır'ın önemli bir bölümünü yönetimi altına alan imparatorluğun, Roma yönetiminin dikkatini çekmesi uzun sürmedi. 272 yılında İmparator Aurelian kaybedilen toprakları almak üzere, Palmira üzerine sefere çıktı. Doğuda kapsamlı bir harekata girişen imparator, kısa sürede Antakya ve Humus şehirlerini zaptedip, Palmira'ya ulaştı ve Sasanilere sığınmak üzere olan Kraliçe Zenobia ve oğlunu sağ olarak ele geçirdi ve esir alarak İtalya'ya götürdü. Bu sırada yıkıma uğramayan şehirde, 273 yılında ayaklanmalar başlayınca İmparator Aurelian tekrar Palmira'ya geldi ancak bu kez askerlerin şehri yağmalamalarına izin verdi. Bu yıkım Palmira şehrinin çöküşüne yol açtı, şehir bundan sonra eski günlerine geri dönemedi. Şehir imparatorluk tarafından Romalı asker lejyonlarının kalacağı askeri bir üsse çevrildi. İmparator Diocletianus ise Sasanilerden korunmak amacıyla lejyon sayısını arttırarak Palmira'nın yalnızca bir askeri üs olma konumunu pekiştirmiştir.