Les énergies renouvelables (EnR) proviennent de sources d'énergie dont le renouvellement naturel est assez rapide pour qu'elles puissent être considérées comme inépuisables à l'échelle du temps humain. Elles proviennent de phénomènes naturels cycliques ou constants induits par les astres : le Soleil essentiellement pour la chaleur et la lumière qu'il produit, mais aussi l'attraction de la Lune (marées) et la chaleur engendrée par la Terre (géothermie). Leur caractère renouvelable dépend d'une part de la vitesse à laquelle la source est consommée, et d'autre part de la vitesse à laquelle elle se renouvelle.
Les énergies renouvelables intermittentes ne peuvent pas moduler leur production en fonction de la demande électrique. Sans stockage de l'énergie à grande échelle pour suppléer à leur intermittence, elles doivent donc être couplées à des sources d'électricité modulables, telles que celles fonctionnant avec un combustible fossile (centrales au charbon ou au gaz), à l'énergie hydroélectrique ou à l'énergie nucléaire.
Si l'exploitation d'énergies renouvelables émet moins de gaz à effet de serre que celle des énergies fossiles et possède d'autres avantages, notamment en matière d'indépendance énergétique et de santé publique et de recettes fiscales locales (2,1 milliards d'euros en 2024 pour les collectivités françaises), elle nécessite aussi des matières premières critiques, peut créer une dépendance à l'importation d'équipements (cellules photovoltaïques) et contribuer à d'autres types de pollutions et nuisances, affectant notamment la biodiversité.
La part des énergies renouvelables dans la consommation finale mondiale d'énergie était estimée en 2018 à 17,9 %, dont 6,9 % de biomasse traditionnelle (bois, déchets agricoles, etc.) et 11,0 % d'énergies renouvelables « modernes » : 4,3 % de chaleur produite par les énergies renouvelables thermiques (biomasse, géothermie, solaire thermique), 3,6 % d'hydroélectricité, 2,1 % pour les autres renouvelables électriques (éolien, solaire photovoltaïque, géothermie, biomasse, biogaz) et 1 % pour les biocarburants.
En 2025, les énergies renouvelables assurent pour la première fois une production électrique supérieure à celle du charbon à l'échelle mondiale, franchissant ainsi un seuil historique. Elles représentent désormais un tiers de la production mondiale d'électricité, bien que ce rythme de croissance demeure insuffisant pour atteindre l'objectif fixé lors de la COP28.
Le Soleil est la principale source d'énergie des différentes formes d'énergies renouvelables : le rayonnement solaire est le vecteur énergétique de transport de l'énergie utilisable (directement ou indirectement) lors de la photosynthèse, ou dans le cycle de l'eau (qui permet l'hydroélectricité) et l'énergie des vagues, la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans (énergie thermique des mers) ou encore la diffusion ionique provoquée par l'arrivée d'eau douce dans l'eau de mer (énergie osmotique). Cette énergie solaire, alliée à la rotation de la Terre, est à l'origine des vents (énergie éolienne) et des courants marins (hydrolienne).
La chaleur interne de la Terre (géothermie) est assimilée à une forme d'énergie renouvelable, et le système Terre-Lune engendre les marées des océans et des mers permettant la mise en valeur de l'énergie marémotrice.
L'énergie solaire et la chaleur interne de la Terre sont d'origine nucléaire (fusion nucléaire dans le cas du Soleil, radioactivité dans celui de la chaleur interne de la Terre).
Les combustibles fossiles et les minéraux (isotopes fissiles) ne sont pas des sources d'énergie renouvelables, les ressources étant consommées à une vitesse bien supérieure à la vitesse à laquelle celles-ci sont naturellement créées ou disponibles.
L'expression « énergies renouvelables et de récupération » (EnR&R) est parfois utilisée lorsque l'on ajoute aux énergies renouvelables la valorisation de la chaleur produite par différentes activités.
Pendant la plus grande partie de son histoire, l'humanité n'a disposé que d'énergies renouvelables pour couvrir ses besoins énergétiques. Au Paléolithique, les seules énergies disponibles étaient la force musculaire humaine et l'énergie de la biomasse utilisable grâce au feu ; mais de nombreux progrès ont permis d'utiliser ces énergies avec une efficacité grandissante (inventions d'outils de plus en plus performants).
Le progrès le plus significatif a été l'invention de la traction animale, qui est survenue plus tard que la domestication des animaux. On estime que l'homme a commencé à atteler des bovins à des araires ou des véhicules à roues durant le IVe millénaire av. J.-C. Ces techniques inventées dans l'ancien Croissant fertile ou en Ukraine, ont par la suite connu un développement mondial.
L'invention du voilier a été un progrès important pour le développement des échanges commerciaux dans le monde.
Celle des moulins à eau et à vent a également apporté une énergie supplémentaire considérable. Fernand Braudel qualifie de « première révolution mécanique » l'introduction progressive, du XIe siècle au XIIIe siècle, des moulins à eau et à vent : « ces « moteurs primaires » sont sans doute de modique puissance, de 2 à 5 hp pour une roue à eau, parfois cinq, au plus dix pour les ailes d'un moulin à vent. Mais, dans une économie mal fournie en énergie, ils représentent un surcroît de puissance considérable. Plus ancien, le moulin à eau a une importance bien supérieure à celle de l'éolienne. Il ne dépend pas des irrégularités du vent, mais de l'eau, en gros moins capricieuse. Il est plus largement diffusé, en raison de son ancienneté, de la multiplicité des fleuves et rivières, ... ».
À la fin du XVIIIe siècle, à la veille de la révolution industrielle, la quasi-totalité des besoins d'énergie de l'humanité était encore assurée par des énergies renouvelables. Dans un essai d'évaluation de la répartition des consommations par source d'énergie, Fernand Braudel estime à plus de 50 % la part de la traction animale, environ 25 % celle du bois, 10 à 15 % celle des moulins à eau, 5 % celle de la force humaine et un peu plus de 1 % celle du vent pour la marine marchande ; il renonce à chiffrer la part des moulins à vent, faute de données, tout en précisant : « les éoliennes, moins nombreuses que les roues hydrauliques, ne peuvent représenter que le quart ou le tiers de la puissance des eaux disciplinées ». On peut donc, évaluer la part totale de l'énergie éolienne (voile + moulins à vent) entre 3 et 5 %. Il mentionne pour mémoire la batellerie fluviale, la marine de guerre, le charbon de bois et de terre.
L'apparition de la machine à vapeur a entraîné le déclin relatif de l'énergie fournie par les moulins à eau et de l'énergie éolienne au XIXe siècle, puis les moteurs Diesel et l'électrification ont fait disparaitre les moulins à eau et à vent au XXe siècle, remplacés par les minoteries industrielles. L'énergie hydraulique a connu un nouvel âge d'or avec l'hydroélectricité, apparue en Suisse, Italie, France et États-Unis à la fin du XIXe siècle.
Au XIXe siècle, François de Larderel met au point, en Italie, les techniques d'utilisation de la géothermie.
Dans les années 1910, les premiers chauffe-eau solaires individuels apparaissent en Californie. En 1911, la première centrale géothermique est construite à Larderello.