ทะเลทรายอาตากามา (สเปน: Desierto de Atacama) ตั้งอยู่ทางตอนใต้ของประเทศเปรูไปถึงตอนเหนือของประเทศชิลี เป็นระยะทางกว่า 960 กิโลเมตร กินพื้นที่ประมาณ 180,000 ตารางกิโลเมตร โดยสูงเฉลี่ย 610 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล ทะเลทรายแห่งนี้ได้ขึ้นชื่อว่าแห้งแล้งที่สุดของโลก ประกอบไปด้วยแอ่งดินเค็มแห้งแล้งหลายแอ่งติดต่อกัน แม้ว่าเกือบจะไม่มีพืชขึ้นเลย แต่ก็อุดมสมบูรณ์ไปด้วยไนเตรต ทองแดง ไอโอดีน และบอแรกซ์ เมืองในทะเลทรายอย่างเช่นเมืองกาลามาประสบภาวะแล้งจัดยาวนานกว่า 400 ปี ซึ่งเพิ่งสิ้นสุดเมื่อปี ค.ศ. 1971
ในอดีต ทะเลทรายแห่งนี้เคยกลายเป็นชนวนเหตุของการก่อสงครามระหว่างโบลิเวียกับชิลี ซึ่งเดิมทีพื้นที่แห่งนี้อยู่ภายใต้การปกครองของโบลิเวีย แต่ด้วยความอุดมสมบูรณ์ของแร่ธาตุ ทำให้ชิลีตัดสินใจใช้กำลังประหัตประหารหักเอาพื้นที่ดังกล่าว หลังจากรบพุ่งกันมาอย่างยาวนานในที่สุดทัพชิลีก็เป็นฝ่ายกำชัย ได้ยึดครองทะเลทรายอันกว้างใหญ่และเมืองท่าอันโตฟากัสตา (Antofagasta) ส่วนโบลิเวียก็ต้องถอยร่นยังในที่ตั้งอันสูงชันอย่างเช่นในปัจจุบัน สงครามแย่งชิงทะเลทรายในครั้งนั้นถูกเรียกว่าสงครามแปซิฟิก
พื้นที่โดยทั่วไปของทะเลทรายอาตากามาถูกปกคลุมไปด้วยแอ่งดินสลับกับผืนทรายราบเรียบ ดูเวิ้งว้างและทอดยาวสุดลูกหูลูกตา สภาพทางภูมิศาสตร์ของทะเลทรายเป็นที่ราบสูงที่ลาดชันขนานไปกับแนวเทือกเขาแอนดีสซึ่งเป็นเทือกเขาสูงตะหง่านที่ทอดยาวไปตามไหล่ทวีปอเมริกาใต้ ส่วนด้านตะวันออกติดกับมหาสมุทรแปซิฟิก ในทะเลทรายมีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อปีเพียง 1 มิลลิเมตรเท่านั้น ในขณะที่บางพื้นที่ของทะเลทรายกลายเป็นพื้นที่ที่ไม่เคยมีฝนตกลงเลย การที่มีปริมาณฝนตกลงในพื้นที่ดังกล่าวเพียงจำนวนน้อยทำให้ทะเลทรายอาตากามากลายเป็นทะเลทรายที่แห้งแล้งและร้อนระอุที่สุดของโลก ในอาณาบริเวณของทะเลทรายเต็มไปด้วยทราย เกลือ และกระแสลาวา
ความแห้งแล้งและความร้อนระอุที่เกิดขึ้นกับทะเลทรายอาตากามาเกิดจากปัจจัยสำคัญสองประการ คือการที่มีเทือกเขาสูงตะหง่านขวางกั้นอยู่ทางทิศตะวันออก ทำให้ลมและฝนไม่สามารถฝ่าปราการธรรมชาติเข้ามาถึงดินแดนแห่งนี้ได้ และแม้อีกฟากจะติดกับมหาสมุทรแปซิฟิกแต่พื้นที่ดังกล่าวกลับถูกจัดให้เป็นพื้นที่ที่เรียกว่า แอนติไซโคลน (anticyclone) ซึ่งแทบจะไม่มีพายุพัดผ่าน ความร้อนระอุจึงถูกทับถมลงบนพื้นทรายโดยไม่มีปัจจัยให้ผ่อนคลายหรือระบายออกเลย ปัจจัยสำคัญทั้งสองประการเสริมให้ทะเลทรายอาตากามากลายเป็นพื้นที่ที่แห้งแล้งที่สุดในโลก แต่กระนั้น ทะเลทรายอาตากามาก็ใช่ว่าจะขาดความชุ่มชื้นเอาเสียเลย เพราะสายลมตะวันตกยังได้พัดพาไอระเหิดระเหยจากมหาสมุทรแปซิฟิกพัดผ่านเข้ามาสู่ทะเลทรายบ้างเป็นครั้งคราว แม้จะเป็นเพียงไอชุ่มฉ่ำเพียงเล็กน้อย แต่ก็มากพอให้สิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้บนพื้นทรายอันแห้งผากแห่งนี้
