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自動販売機（じどうはんばいき、）とは、不特定多数の人間が通貨（貨幣）もしくはそれに代替するカードなどを投入して対価を払うことで自動で商品（物品）の購入やサービスの提供を受けることができるようにした機器。自販機（じはんき）とも略される。乗車券や食券などの券を販売する機械については「自動券売機」とも言う。
自動販売機とは、お金を支払うと（たとえば、現金や電子マネーのカードをタッチするなどして）押しボタン操作などをすることにより、自動的に商品（物品や情報やサービス）を購入することができる機械である。代金を投入し、機械を操作すれば、商品を受け取り、釣りを用意する機構が伴う機械では釣り銭を受け取ることができる。
商品の販売者の側から見れば、自動で販売を行ってくれる機械である。人手不足や人件費高騰の対応策として効果があり、休日や夜間も営業できる利点がある。自販機はロボットの一種であるともいえる。自動販売機は、商品の買い手の側から見れば、有人の店が閉まっている休日や夜間でも商品を提供してくれるわけである。
世界最古の自動販売機は、アレクサンドリアのヘロンの著書に記述されている古代エジプトの聖水販売機だったとされる。近代の、硬貨で煙草が買える自動販売機としては1615年のイギリスのものが現存している。日本では、1890年に、小野秀三、俵谷高七それぞれが自動販売機の特許を得た（詳細は節「歴史」を参照）。
自動販売機の操作機構としては、硬貨の重量や購入者自身の操作による機構で作動する手動式のものも存在するが、現代の自動販売機は多くは電気式である。その内部的な機構は一般的に、「金銭装置」「指示装置」「貯蔵・加工装置」「販売装置」から構成されている（詳細は節「構成と構造」を参照）。
現金決済のほか電子マネーなどのキャッシュレス決済が可能な機種もあり、現金の場合には金銭の投入後に商品を選択し、電子マネー等のキャッシュレス決済の場合は商品選択後にICカード等により決済を行う。購入時にポイントを加算する機能を持つものもある。また最近では、災害時に飲料を無償で提供する機能や、自動体外式除細動器（AED）の収納、無線LANのアクセスポイント機能など、特殊な機能を追加したものもある（詳細は節「多機能化」を参照）。
自動販売機は、消費電力の大きさ、光害問題、未成年の喫煙や飲酒への影響、窃盗問題などさまざまな問題に直面してきたが、問題に対処すべく対策が打たれ、進化した機種の登場を繰り返してきた。現在もキャッシュレス決済に対応した機種の開発や導入が徐々に行われている（詳細は節「問題点と対策」を参照）。
世界初の自動販売機は、古代エジプトの寺院に設置された聖水を販売するための装置である。この装置は完全自動で5ドラクマ硬貨を投入すると、硬貨の重みで栓が開き、蛇口から水が出る構造であった。この記述図解はアレクサンドリアのヘロン著『気体装置（Pneumatika）』にある（原本は失われているが、1587年の写本がフィレンツェ国立中央図書館に所蔵されている）。しかし、ヘロン自身の発明なのか彼の師の発明を記述したものかは分かっておらず、この装置の発明者は不明である。また、どのくらい広く用いられていた装置なのかもよくわかっていない。
現存している最古の自動販売機は、1615年のイギリスの煙草自販機で、居酒屋や宿屋に設置されていたものである。箱の上部の硬貨投入口から半ペンスコインを投入すると蓋が開いて商品を取り出すことができる仕掛けであるが、蓋が開いたあとは手動で閉じる必要があり、宿の主人や使用人が蓋を閉めていたため実用的なものではなかった。
イギリスでは1857年にデンハムの郵便切手自販機に対して、初めて特許が付与された。
アメリカ合衆国では1884年にフルーエンの自動引出装置に対して特許が与えられた。
1888年にはトーマス・アダムスが自社製のガムを販売するための機械を開発して駅に設置した。また、販売を促進するゲーム性を自動販売機に追加するアイデアは、1897年にPulver Manufacturing Companyによって小さなフィギュアのおまけつきのものが設置された。このアイデアは売買活性機（trade stimulator）として知られる新しい仕組みとして広まっていき、スロットマシーンやピンボールの誕生につながることになる。
1925年にはウィリアム・ロウによって異なる価格の多品種の商品を販売できる煙草自動販売機が開発され、一般にはこれによって近代自販機の歴史が始まったとされている。
日本では、物品の販売機ではないが、1876年（明治9年）に上野恩賜公園内にあった新聞縦覧所に自動体重測定器が設置された記録があるものの、製造者や設置期間などは不明である。
物品販売の自動販売機としては、1890年（明治23年）、小野秀三による自動販売機の特許（1888年3月出願、特許第848号）と俵谷高七による自動販売機の特許（1888年12月出願、特許第964号）の2件の特許がなされた次代に継がれるものづくり 第2回 －「自動」を生んだ創造力 ヤマザキマザック、2017年5月19日閲覧。このうち俵谷高七は、郵便局からの依頼を受けて器具類を製作していた長州藩（現・山口県）の下関の指物師で、1890年の第3回内国勧業博覧会への出品を果たした。俵谷の自動販売機にはすでにスラグリジェクター（偽貨排除）やコインリターン（売切時の硬貨返却）の機能が搭載されており、当時の欧米の機器にも見られない先駆的なものであった。俵谷が1904年（明治37年）に発明した「自働郵便切手葉書売下機」は、現存する日本最古の自動販売機とされ、逓信総合博物館に所蔵されており、また前述の煙草自動販売機が博覧会に出品されたことから、日本最初の自動販売機発明者としては俵谷の名前が広く知られている。
明治時代にはさまざまな自動販売機が製作されたが、単発的・実験的なものがほとんどで、一般に定着するレベルのものではなかった。
1924年（大正13年）には中山小一郎が、袋入菓子の自販機を製作し、これが日本初の普及型の自動販売機とされている。
1926年（大正15年）4月25日、東京駅と上野駅で入場券の自動券売機（10銭）が稼働し始めた「東京・上野両駅に入場券の自動券売機登場」『東京朝日新聞』1925年4月25日夕刊（大正ニュース事典編纂委員会 『大正ニュース事典第7巻 大正14年-大正15年』本編p.479 毎日コミュニケーションズ刊 1994年）。
1951年の朝日新聞では、アメリカ特派員の記事として、ニューヨークタイムズ社のオフィスに存在したカップ式の清涼飲料水自動販売機が取り上げられている。25セント銀貨を入れると5セント銅貨が4枚お釣りとして出てくること、カップが自動的にセットされて清涼飲料水が定量出てくることが味気ないとして報じられており、同時期に日本にはこの種の販売機が存在しなかった、もしくは一般的ではなかったことがうかがえる「アメリカあれこれ ロボット販売機の話 小銭文明の味気無さ」『朝日新聞』1951年（昭和26年）10月21日3面。
昭和30年代前半になると、自動販売機は物珍しい機械から本格的な実用化の時代へ移行した。1957年（昭和32年）には丸ビルにタバコの自動販売機が設置され全国に普及した。
自動販売機は昭和40年代に急速に普及した。その要因として、1967年（昭和42年）に100円・50円新硬貨（白銅貨）が発行されたことが挙げられている平成2年 国民生活白書 人にやさしい豊かな社会 第II部 技術と生活。
特に1967年に、国鉄が合理化の一環として、都市部で近距離乗車券発行用自動券売機の全面的な導入に踏み切ったことが、大きな影響を与えたといわれている。
日本全国の自動販売機設置台数は、20世紀中は増加の一途をたどり、2000年（平成12年）には560万台とピークを迎えた。21世紀に入ってから減少傾向に転じ、2007年（平成19年）末には日本自動販売機工業会の調査によれば540万5,300台でうち48.8%が飲料販売用、2008年（平成20年）12月末には526万台とその傾向が続いているもはや100円でも売れない……自販機不況に活路はあるか? - 1 / 2 Business Media 誠 2009年11月19日。自販機による売上も、2000年の7兆円から2008年（平成20年）には5兆7,000億円へと減少した。日本での購買者の比率は男性9:女性1とされる。日本国内で自動販売機の工業製品出荷金額がもっとも高いのは三重県である。自動販売機の生産台数がもっとも多いのは四日市市飲料自動販売機国内第1位である富士電機の自動販売機（を始めとした食品系電気機器各種）の製造拠点である三重工場がある。で、年間で約12万台が生産されている。
駅ではキヨスクなどが閉店したあとに利用客の不便を減らすため、または人件費カットを目的にキヨスクを自動販売機に置換していることも多い。また近年ではSuicaなどの交通系電子マネー支払い専用とした自動販売機も登場した。これは貨幣を扱う可動部を省くことで、機械の維持コスト低下に貢献している「現金お断り」の格安自販機 ＪＲ東が不振打開へ一石 日本経済新聞 2015年8月10日。
2010年代に入ると缶飲料の自動販売機などで、「お金を投入しやすい」、「選択ボタンを押しやすい」、「商品を取り出しやすい」ことなどに主眼をおいたユニバーサルデザインを意識した機器が開発され始めた。
自動販売機は大別すると物品自動販売機と自動サービス機に分けられる小学館『日本大百科全書』「自動販売機」。佐渡勝利 執筆。。
国際的なHSコードでは、自動販売機はほとんどが物品の自動販売機（847619）に分類され、飲料の自動販売機、その他の自動販売機、部分品に分類される（以下は加熱機能または冷蔵機能を自蔵するか否かのみの分類となっている）。
日本標準商品分類では非常に細かく分類されており、自動販売機及び自動サービス機（58）のうち自動販売機（581）に分類される。自動販売機は物品等自動販売機（5811）とサービス情報自動販売機（5812）に大別され、さらに以下に細かい分類が設けられている。
一般には、冷やしたり温めたりしたさまざまな容器（缶・瓶・ペットボトル・紙パッケージ・カップ）入り飲料、カップめん、菓子パン・菓子類、煙草、雑誌・新聞など保存の簡単なものが多い。また特殊なところでは、その都度豆から挽いて抽出するコーヒー、冷凍食品（焼きおにぎり、焼きそばなど）を内蔵電子レンジなどで温めて提供する自販機もある。麺類では、ゆでられた麺を湯がいてからスープを入れて提供するタイプがある。カップ麺の場合は、湯で戻して提供され、箸がついてくるものもある。
交通機関の乗車券や特急券、遊園地やテーマパークなどの入場券、各種プリペイドカードなど、券の形をした商品を販売するものは特に自動券売機ともいう。
近年では、ガソリンなどの油脂類を顧客自らが給油機で注文を行い、給油までの操作をすべて自分自身で行う「セルフ式」といわれる方式を採用するガソリンスタンドが多くなった。これも、給油機そのものが一種の自動販売機といえる。ただし、日本などではガソリン車に軽油を給油するといった誤給油を防ぐために、注文後に別室にいる従業員が目視を行い給油の許可を給油機に与えないと給油を行うことはできない。したがって、一連の給油操作がすべて自動販売化されているわけではない。 }}。