Borel-Cantelli-lemmaet i sandsynlighedsteori er et resultat vedrørende en uendelig række af begivenheder. Lemmaet bruges ofte til at bevise grænsesætninger. Lemmaet er normalt opdelt i to påstande, kaldet det første og det andet Borel-Cantelli-lemma.
Lad et sandsynlighedsrum og et hændelsesforløb angives . Betegn
.Så hvis serien konvergerer, så .
Hvis alle begivenheder er fælles uafhængige , og serien divergerer, så .
I det første Borel-Cantelli-lemma er uafhængighed af begivenheder ikke påkrævet.