劉元海（？—310年），匈奴族，名淵，字元海，新興郡（今山西省忻州市）人，十六國時期漢趙開國皇帝。
漢趙開國皇帝
匈奴族興起於蒙古高原，以遊牧為生。秦漢之際，匈奴族漸漸強大，經常侵犯西漢國境。經過漢武帝、漢明帝、漢章帝的幾次大規模征討之後，匈奴分裂為北匈奴和南匈奴。南匈奴依附漢朝，居住在漢地，接受漢文化的熏陶。
劉元海的祖先冒頓單於，與漢高祖結為兄弟，迎娶劉氏宗室之女為妻，子孫因此都姓劉。他的父親便是南匈奴五部的首領之一。
劉元海出生時，手掌有紋路像“淵”字，父親便給他起名叫淵。他從小聰明，熱愛學習，廣泛接觸漢文化，尤其喜歡《左傳》和《孫吳兵法》，常常誦讀。長大後，他身材高大，相貌出眾，擅長騎射，成長為文武雙全的青年才俊，結交了很多士人。
晉朝時，為了牢牢掌控周邊少數民族，朝廷要求他們派子弟入朝為質，劉元海便長時間在京城洛陽做人質。
晉武帝曾經召見劉元海，交談後認為他比輔佐秦穆公稱霸西戎的大臣由餘、漢武帝的托孤大臣金日（dī）都要優秀，想重用他平定吳國。
有人勸諫武帝說：“劉元海的才能確實非同尋常，卻是異族人。陛下如果不重用他，便成不了氣候，不會有大危害。如果授予他權力，平定吳國後，恐怕他不會回來了。”武帝便打消了重用劉元海的念頭。
齊王司馬攸也認為，劉元海不是居於人下的人，如果不除掉他，將來會有災禍。武帝考慮到民族團結問題，沒有殺劉元海，卻將他束之高閣。
等到劉元海的父親去世，武帝讓他代理匈奴左部帥，又擔任北部都尉，負責邊防。劉元海趁機廣泛結交賢才，匈奴五部很多豪傑都投到他的麾下。
“八王之亂”爆發後，匈奴部的幾個首領秘密商議說：“以前，我們的先人與漢朝約為兄弟。如今魏晉相繼興起，我們的單於空有名號，卻沒有一寸屬於自己的土地。現在司馬氏骨肉相殘，正是複興祖業的機會。劉元海的風姿和才幹都非常出眾，必然可以帶領我們成就一番大事。”秘密推舉他為大單於，伺機行動。