天然高分子（natural polymers）是指以由重复单元连接成的线型长链为基本结构的高分子量化合物，是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质。天然高分子化合物可以分为：多肽、蛋白质、酶等；多聚磷酸酯、核糖核酸、脱氧核糖核酸等；多糖如淀粉、肝糖、菊粉、纤维素、甲壳素等；橡胶类如巴西橡胶、杜仲胶等；树脂类如阿拉伯树脂、琼脂、褐藻胶等。

人们在远古时期，就已经利用天然高分子为生活资料和生产工具。从19世纪起，经过化学反应，人们开始把天然高分子制成最早的塑料和化学纤维。1832年H.布拉孔诺和1838年T.J.佩卢兹都曾使纤维与硝酸反应，但多数人认为，1845年C.F.舍恩拜因用硝酸和硫酸的混合酸硝化纤维素做成的高分子才是硝酸纤维素。1851年F.S.阿切尔用它来做照相胶片，这是第一种塑料。1869年J.W.海厄特用樟脑与硝酸纤维素混合制成赛璐珞，这是第一种用增塑剂的塑料制品。1865年P.许岑贝格尔把纤维素乙酰化制成醋酸纤维素，1919年用做塑料。它们还先后被制成人造丝，例如硝酸人造丝和醋酸人造丝先后于1889年和1921年问世。至于铜铵纤维和粘胶纤维，则是先使纤维素经过化学反应，变成能溶解的形式，再经过另一化学反应，使纤维素再生而制成的，称为再生纤维素。

合成纤维是仿照天然纤维（特别是蚕丝、羊毛）的分子结构制造的；合成橡胶是仿照天然橡胶的分子结构制造的。它们都可以说是仿生产物。木材是以纤维素为主体的复合材料，骨骼是蛋白质与磷酸钙为主体的复合材料。增强塑料也可以说是模仿这些天然产物制成的。最初的泡沫塑料，是仿制海绵结构制成的泡沫橡胶。从广义来说，很多高分子制品都是仿照天然高分子的结构或性能制造的仿生产物。