二氧化铈是铈的氧化物，化学式为CeO₂，铈在此的化合价为+4价，有强氧化性，为白色或黄白色固体，难溶于水。二氧化铈的摩尔质量为172.115g/mol。熔点2400℃，沸点3500℃。二氧化铈可由三氧化二铈氧化而制得：2 Ce₂O3 + O₂ → 4 CeO₂。二氧化铈可以和硫酸反应，生成硫酸铈(IV)和水。二氧化铈高温下和一氧化碳发生氧化还原反应：4 CeO₂ + 2 CO → 2 Ce₂O3 + 2 CO₂ ↑ 。
铈还能形成+3价的氧化物三氧化二铈（Ce₂O3），但室温、常压下二氧化铈是铈最稳定的化合物。