En huvudspindel är den spindel i en verktygsmaskin som används för huvudbearbetningen . Den överför rotationsrörelse och drivkraft till verktyget eller, beroende på maskinens konstruktion, till arbetsstycket.
I fräs-, borr- och bearbetningscentra driver huvudspindeln vanligtvis verktyget. I svarvar tar den upp arbetsstycket eller spännanordningen och sätter det i rotation. I slipmaskiner beror funktionen på respektive maskin- och bearbetningskoncept.
Den konstruktiva utformningen bestäms av bearbetningsmetoden, effektkraven, varvtals- och vridmomentområdet, gränssnittet, de processkrafter som uppstår samt monteringsförhållandena för verktygsmaskinen.