関屋分水（せきやぶんすい、関屋分水路）は、新潟県新潟市を流れる信濃川の分水路である。
河口から約10kmほど上流の平島（へいじま）地区から分岐し、関屋地区を抜けて日本海に至る、全長約1.8kmの分水路。1972年に開通、通水が開始された。
開削の目的は洪水から新潟市を守ることである。1978年に信濃川下流域が大洪水になった際には早速その威力を発揮した。平成16年7月新潟・福島豪雨（2004年）の際にも洪水の大半を放流して、企図した治水対策機能を実証した。関屋分水の計画高水流量は毎秒3200立方メートルである。上流からの土砂を分水路が引き受けることによって、本流下流の新潟西港への土砂堆積の防止に役立ち、分水路河口付近の海岸侵食対策にも貢献している。
信濃川の流水量を調整するための分水路としては江戸中期の享保年間に大河津分水が企図され、1920年代に開通したが、より下流にさらに分水路を開削する構想は江戸時代後期からあったと言われている。信濃川が著しく増水した場合には大河津分水だけでは処理できないことが既に予想されていたのである。
1911年に西蒲原郡の排水を改良するために作られた小さな堀（関屋掘割）は関屋分水に近いルートを辿っていたとされる。現在でも分水路右岸に堀割町、左岸に関屋堀割町という地名が存在し、このうち関屋堀割町区域の西側が、かつて掘割が存在した場所と考えられる。
その後も信濃川下流域では度々増水災害があり、最下流の新潟市も昭和に入ってから構想を練っていた。太平洋戦争によって構想は中断するが、1960年代に入ってから改めて分水事業を検討するようになり、新潟県、建設省北陸地方建設局（現・国土交通省北陸地方整備局）等との交渉の結果、1964年に国庫補助による県事業として工事に着手されることが決定した。しかし、同年6月に起きた新潟地震の影響で、県事業として行うことが困難になり、1965年に建設省直轄事業として工事が再開された。
分水部の信濃川には信濃川水門を設け、日本海からの海水逆流による塩害を防止するために新潟大堰を建設して、水量調節を図った。掘削土は同時期に建設が始まった新潟バイパスの盛土として有効利用された。1970年頃からは分水開通によってこれを横断する必要のある国鉄越後線や国道8号（当時）、国道116号（当時）、のちの国道402号となる市道などの橋脚工事が始まり、1972年に完成した。1965年度以降の総工費は約160億円。
工事箇所となる新潟市関屋地区は、当時から市街地の西端で人口が多かったため、立ち退きも大きな問題となった。
そこで当時の新潟県は関屋地区にあった新潟競馬場に目をつけ、新潟競馬場用地を立ち退き住民の住居用地に当てることを構想し、新潟競馬場を所有する日本中央競馬会やその監督官庁である農林省などとの協議を行い、関屋競馬場の土地収用に協力を要請するなどして用地補償問題に決着をつけた。
これに伴い、日本中央競馬会は豊栄市笹山（現新潟市北区笹山）地区に代替の土地を確保し、1964年に新潟競馬場を新築移転して現在に至っている。
以後は宅地開発による都市化が進み、“関屋競馬場”と呼ばれていた周辺の面影は現在はほとんどなく、“競馬町”の地名も近接する町名に統合されて廃止された。現在では付近の公園にある石碑と、越後線関屋駅近くにある「競馬場踏切」に往時の名残を留めているだけである。「競馬町マーケット」という食料品店（八百屋）や靴修理店や洋品小物店などの複数の商店が入った集合商店があったが、最後まで営業していた食料品店が2007年6月で閉店し、建物自体も取り壊されて現存していない。
中央競馬・新潟競馬場で毎年夏に行われる重賞競走の（GIII）関屋記念は、現在の新潟競馬場の前身である旧関屋競馬場を記念したレースである。