光による画像を電気信号に変換する素子であり、撮像素子とも呼ばれる。歴史的にはテレビジョン用の撮像管（真空管の仲間）に始まるが、現在では二次元または一次元のセンサーアレイを用いた半導体素子（固体撮像素子）に置き換わっている。一般にはCCDイメージセンサー（CCD撮像素子）やMOSイメージセンサー（MOS撮像素子）がデジタルカメラやスマートフォン等に広く使われており、近年、光を半導体基板側から入射する裏面入射型の構造が用いられることによって、感度が向上した。両者ともにアレイを構成する微細なフォトダイオードで光信号を電気信号に変換するが、その読み出し方法が異なる（フォトダイオード構造を使わないCCDもある）。CCDイメージセンサーはアナログ信号（電荷）をバケツリレーのように転送して読み出すのに対し、CMOSイメージセンサーは画素アドレスをMOSFETによるスイッチによって選択して読み出す。
なお、「画像センサー」と呼ばれるものには、産業用途における対象物の特徴抽出機能や合否判定機能を併せ持つものも含まれる。また、産業分野や医療分野では上記以外にも多くの種類のイメージセンサーが用いられている。例えばX線のイメージング用にはX線イメージセンサー、近赤外線領域の分光用にはInGaAsリニア（またはエリア）イメージセンサー（InGaAsはインジウムガリウムヒ素のこと）、温度分布を画像で表示するサーモグラフィー用にはマイクロボロメーター等がある（→「ボロメーター」）。