貝爾電話實驗室或貝爾實驗室，最初是貝爾系統內從事包括電話交換機，電話電纜，半導體等電信相關技術的研究開發機構。
1925年，當時AT&T總裁，華特·基佛德（Walter Gifford）。收購了西方電子公司的研究部門，成立了壹個叫做“貝爾電話實驗室公司”的獨立實體。AT&T和西方電子各擁有該公司的50%。
貝爾實驗室的工作可以大致分為三個類別：基礎研究，系統工程和應用開發。在基礎研究方面主要從事電信技術的基礎理論研究，包括數學，物理學，材料科學，行為科學和計算機編程理論。系統工程主要研究構成電信網絡的高度復雜系統。開發部門是貝爾實驗室最大的部門，負責設計構成貝爾系統電信網絡的設備和軟件。
1984年以後，按照美國政府分拆AT&T的協議，從貝爾實驗室中分割成立了Bellcore。Bellcore 為分拆後的壹系列小貝爾公司統壹提供研究開發的服務。
1996年，貝爾實驗室以及 AT&T 的設備制造部門脫離 AT&T 成為朗訊科技。 AT&T保留了少數研究人員成為其研究機構——AT&T實驗室。
貝爾實驗室的重要研究成果包括：
1933年，卡爾·央斯基（Karl Jansky）通過研究長途通訊中的靜電噪聲發現銀河中心在持續發射無線電波，此電波稱為3K背景輻射。透過此研究而建立了射電天文學。
1947年，貝爾實驗室發明晶體管。參與這項研究的約翰·巴丁（John Bardeen）、威廉·蕭克利（William Shockley）、華特·豪舍·布拉頓（Walter Houser Brattain）於1956年獲諾貝爾物理學獎。
香農（Claude Shannon）於1948年發表論文《通訊的數學原理》，奠定了現代通信理論的基礎。他的成果是部分基於奈奎斯特和哈特利先前在貝爾實驗室的成果。
貝爾實驗室發明光電池。
貝爾實驗室也是UNIX操作系統和C語言的發源地。C語言是由、Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 在1970年代早期開發的。在1980年代，又由比亞尼·斯特朗斯特魯普發展為C++語言。
2008年8月7日，由於其所有者阿爾卡特朗訊連續6個季度決虧損，自阿爾卡特和朗訊科技合並以來從未盈利，市值已經蒸發了62%，阿爾卡特朗訊不得不出售已經擁有46年歷史的貝爾實驗室大樓，由美國新澤西的Somerset房地產開發公司購得，並打算將其改建為商場和住宅樓。
貝爾實驗室的母公司阿爾卡特朗訊（Alcatel-Lucent）正在退出基礎科學，物理科學和半導體科學研究，將集中於能更快進入市場的領域，如網絡、高速電子學、無線技術、納米技術和軟件。正如貝爾實驗室發言人說，“在新的創新模式下，研究應該致力於解決母公司的需求”。