Klay Alexander Thompson (ur. 8 lutego 1990 w Los Angeles) – amerykański koszykarz, występujący na pozycji rzucającego obrońcy, trzykrotny mistrz NBA, obecnie zawodnik Golden State Warriors. Jest synem byłego koszykarza NBA, Mychala Thompsona.
W drafcie NBA w 2011 roku został wybrany z 11 numerem przez Golden State Warriors.
23 stycznia 2015 ustanowił rekord kariery, zdobywając 52 punkty (16/25 z gry, 11/15 za trzy punkty). W samej trzeciej kwarcie zdobył 37 punktów, trafiając wszystkie 13 rzutów z gry, w tym 9 za trzy punkty, oraz dwa rzuty wolne i ustanowił tym samym rekord NBA pod względem zdobytych punktów w jednej kwarcie. 5 grudnia 2016 roku ustanowił nowy rekord kariery, zdobywając 60 punktów (21/33 z gry, 8/14 za trzy punkty). Zagrał tylko 29 minut i został graczem z największym dorobkiem punktowym w 30 lub mniej minut. Dołączył do wąskiego grona graczy Golden State, którzy zdobyli co najmniej 60 punktów w jednym meczu, są to: Wilt Chamberlain, Joe Fulks oraz Rick Barry. Jako ostatni dokonał tego Rick Barry, który zdobył 64 punkty 26 marca 1974 roku.