De Petersen-graaf, links, met zijn complementgraaf
In de grafentheorie is de complementgraaf van een enkelvoudige graaf, een enkelvoudige graaf met dezelfde knopen als , die met een zijde verbonden zijn als en slechts als ze in niet met een zijde zijn verbonden.
De complementgraaf van een graaf wordt vaak aangeduid met .
Formeler is de complementgraaf van met knopen en zijden , gegeven door het paar , waarvoor geldt:
=
De complementgraaf van een complementgraaf is de oorspronkelijke graaf.
Een graaf die isomorf is met zijn complementgraaf noemt men zelf-complementair.
De complementgraaf van een volledige graaf is een ledige graaf, die enkel bestaat uit knopen en die geen zijden heeft.