ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย (cell wall) เป็นโครงสร้างที่พบในแบคทีเรียทุกชนิด มีลักษณะเป็นชั้นอยู่ติดและล้อมรอบเยื่อหุ้มเซล (cell membrane) ช่วยห่อหุ้มเซลล์ให้แข็งแรง รักษาความดันภายในเซลล์์และป้องกันแรงกลจากภายนอก มีบทบาทในกระบวนการสังเคราะห์สารต่างๆ และการแบ่งเซลล์แบบทวิภาค (binary fission)

มีส่วนประกอบหลักคือ เพปทิโดไกลแคน (peptidoglycan) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ ของ N-acetyl glucosamine ที่เป็นองค์ประกอบของไคทิน (chitin) พบในผนังเซลล์ของราและโครงสร้างภายนอกของแมลง ต่อสลับกันกับ N-acetyl muramic acid ซึ่งเป็น amino sugar ที่พบเฉพาะในผนังเซลล์ของแบคทีเรียเท่านั้น

การย้อมแกรม (gram staining) เป็นเทคนิคที่ใช้แบ่งแบคทีเรียออกเป็น 2 กลุ่มคือ แบคทีเรียแกรมบวก (gram positive bacteria) และแบคทีเรียแกรมลบ (gram negative bacteria) ผนังเซลล์ของแบคทีเรียส่วนใหญ่ประกอบด้วยเรียกว่าเพปทิโดไกลแคน (peptidoglycan) หรือมิวรีน (murein) มิวโคเพปไทด์ (mucopeptide) หรือมิวโคคอมเพลกซ์ (mucocomplex)

ในแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบมีองค์ประกอบของโครงสร้างผนังเซลล์ที่แตกต่างกันอย่างมาก นอกเหนือจากเพปทิโดไกลแคนแล้วยังพบ teichoic acid ที่เชื่อมกับเพปทิโดไกลแคน ด้วยพันธะโควาเลนต์และช่วยเพิ่มความแข็งแรงของผนังเซลล์

ชั้นของเพปทิโดไกลแคนในแบคทีเรียแกรมลบบางกว่าของแกรมบวกมาก (ประมาณ 1 ใน 10) และมีพันธะเพปไทด์ที่เชื่อมระหว่างเส้นเพปทิโดไกลแคนน้อยกว่า และไม่มีพันธะของ teichoic acid ที่เพิ่มความแข็งแรงดังนั้นผนังเซลล์ของพวกแกรมลบจึงแข็งแรงน้อยกว่าแกรมบวกมาก ชั้นนอกที่ติดกับเพปทิโดไกลแคน คือชั้นของลิโพโปรตีน (lipoprotein) ฟอสโฟลิพิด (phospholipid) และสารพอลิเมอร์คือ

ลิโพพอลฃิแซ็กคาไรด์ (lipopolysaccharide) ผนังเซลล์ของของแบคทีเรียแกรมลบ เป็น endotoxin ที่พบเฉพาะในผนังเซลล์ของแกรมลบเท่านั้น ชั้นนอกสุดของผนังเซลล์หรือ outer envelope หรือ outer membrane มีโครงสร้างเหมือนกับเมมเบรนอื่นๆ ที่พบทั่วไป โดยมีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากและประกอบด้วยแอนติเจนที่เหนี่ยวนำการสร้างแอนติบอดี้ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และความเป็นพิษของแบคทีเรียแกรมลบทำให้เกิดอาการไข้ ช็อก และอาการอื่นๆ นอกจากนั้นชั้นนอกสุดนี้ยังทำหน้าที่ป้องกันสารเคมีที่เป็นพิษไม่ให้เข้าสู่ภายในเซลล์