Winterweizen (gewöhnlich Triticum aestivum) sind Weizensorten, die im Herbst gepflanzt werden, um zu keimen und sich zu jungen Pflanzen zu entwickeln, die während des Winters in der vegetativen Phase verbleiben und ihr Wachstum im frühen Frühjahr wieder aufnehmen. Die Einteilung in Sommer- und Winterweizen ist üblich und bezieht sich traditionell auf die Jahreszeit, in der die Pflanze angebaut wird. Bei Winterweizen verzögert sich das physiologische Stadium des Ährenschiebens (wenn die Ähre zum ersten Mal erscheint), bis die Pflanze die Vernalisation durchläuft, eine Periode von 30 bis 60 Tagen mit kalten Wintertemperaturen (0° bis 5 °C).
Winterweizen wird in der Regel von September bis November (in der nördlichen Hemisphäre) gepflanzt und im Sommer oder Frühherbst des nächsten Jahres geerntet. Mancherorts (z. B. in Chile) ist eine Winterweizenernte ein Jahr lang vor der Ernte vollständig „fertig“. Winterweizen ist in der Regel ertragreicher als Sommerweizen.
So genannte „fakultative“ Weizensorten benötigen kürzere Vernalisationszeiten (15-30 Tage) und Temperaturen von 3° bis 15 °C. In vielen Gebieten können fakultative Sorten je nach Aussaatzeitpunkt entweder als Winter- oder als Sommerweizen angebaut werden.
In Ländern mit milden Wintern, wie in Südasien (Indien, Pakistan, Nepal, Bangladesch), Nordafrika, dem Nahen Osten und den niederen Breitengraden (z.B. Sonora in Mexiko), wird auch Sommerweizen (der keine Vernalisationszeit benötigt) im Herbst (November/Dezember) gesät und im späten Frühjahr (April-Mai) des nächsten Jahres geerntet. Dieser im Herbst gepflanzte und über den Winter gewachsene Sommerweizen wird manchmal auch fälschlicherweise als „Winterweizen“ bezeichnet.
Harte Winterweizen haben einen höheren Gehalt an Klebereiweiß als andere Weizenarten. Sie werden zur Herstellung von Mehl für Hefebrote verwendet oder mit weichen Sommerweizen gemischt, um das Allzweckmehl für eine Vielzahl von Backwaren herzustellen. Reiner Weichweizen wird für Spezial- oder Kuchenmehl verwendet. Hartweizen, der härteste Weizen, wird hauptsächlich für die Herstellung von Teigwaren verwendet. Fast der gesamte in Nordamerika angebaute Hartweizen wird im Frühjahr gepflanzt.
Winterweizen wird in ganz Europa und Nordamerika sowie in Sibirien angebaut.