O paradoxo do Hotel de Hilbert é um experimento mental matemático sobre conjuntos infinitos apresentado pelo matemático alemão David Hilbert (1862-1943).
A ideia é a seguinte: um hotel com infinitos quartos. Todos ocupados. Um novo hóspede chega e gostaria de se acomodar no hotel. Como o hotel não tem um número limitado de quartos, bastaria mover o hóspede do quarto 1 para o quarto 2, o hóspede do quarto 2 para o quarto 3 e assim por diante (simultaneamente), movendo o hóspede do quarto N para o quarto N+1, podendo acomodar o novo hóspede no quarto 1, que passou a estar vago.
No Hotel de Hilbert, a quantidade de quartos com numeração ímpar é igual ao número total de quartos. Com número par, também. Afinal, ambos os grupos igualmente são infinitos.