阿塔卡马沙漠（西班牙语：desierto de Atacama；又译亚他加马沙漠），是南美洲西海岸中部的沙漠地区，在安第斯山脉和南太平洋岸之间南北绵延约600英里（近1000公里），总面积约为70,000平方英里（181,300平方公里），主体位于智利北部境内，也有一些部分位于秘鲁、玻利维亚和阿根廷。
阿塔卡马沙漠由一系列盐碱盆地组成，座落在干旱无雨的高原地形，平均海拔达到610米，高原上错落着盐分极高的咸水湖、砂子及火山岩浆熔岩，盛产硝石、银矿、锂矿和铜矿。对该地区的争夺导致智利、玻利维亚和秘鲁在19世纪后期发生了硝石战争，结果智利相继占领了玻利维亚的安托法加斯塔和秘鲁的阿里卡，从而独占了绝大部分的阿塔卡马沙漠。世界上目前最大的埃斯孔迪达和丘基卡马塔两座铜矿均位于阿塔卡马沙漠中。泛美高速公路南北纵贯该地区。
沙漠东部的安第斯山脉阻挡了来自大西洋的湿润水气，虽然阿塔卡马地处海边，但该地带水域常年受副热带高压控制，盛行下沉的离岸风，加之西边的太平洋由于秘鲁凉流的经过，下层水气易凝结成云或者雾，但难以成雨，这些因素的综合导致阿塔卡马沙漠成为世界上最为干燥的地方，年平均降雨量小于0.1毫米，有统计更指，1570年至1998年长达400多年时间几乎未曾下雨，所以没有任何雷暴和水灾。尤其是在智利北部安托法加斯塔大区已废弃的城镇永盖镇周边的地区。比死亡谷早1500万年形成的阿塔卡马沙漠，每年平均降雨量只有15毫米（0.6英寸），相比于美国加州死亡谷每年66毫米的降雨量，只有其年雨量的1%。在某些年雨量更低的地方，例如Arica及Iquique，年雨量只有1至3毫米（0.04至0.12英寸）。此外，在阿塔卡马沙漠的某些气象站甚至一直也没有测到过降雨量。
由于该地常年无降雨，绝少生物能得以存活，只有极少数的地衣、仙人掌生长。美国、欧洲和日本的科研机构在当地建立了一系列天文台和射电望远镜阿塔卡马大型毫米波天线阵。根据《科学》2003年的报道，美国一个科研小组发现在阿塔卡马沙漠的一些地区的土壤中完全不存在任何生命迹象，连基本的单细胞生物也没有。地质学家认为在安托法加斯塔一带的地质近似于火星地表，NASA故而使用该地区模拟火星环境以测试火星探测器。
