火星的大气层是环绕火星的气体层。它主要由二氧化碳组成。火星表面的平均大气压（6.0mbar）比地球的大气压（1 013mbar）低得多。压力远低于阿姆斯特朗极限，这意味着水在人体的正常温度下沸腾：98.6°F（36.6°C）。
火星大气中含有96%的二氧化碳、1.9%的氩、1.9%的氮，以及微量的氧气、一氧化碳、水和甲烷等。自从2003年发现甲烷后，科学家们就说，这可能说明有生命。也有人认为，这可能是地球化学过程、火山或热液活动造成的。
火星的大气层中灰尘相当多，从火星表面看，火星的天空呈现出淡淡的棕色或橙红色。美国宇航局的数据指出，尘埃颗粒直径为1.5微米。
2015年3月18日，美国宇航局在火星大气层中发现了一个不完全了解的极光和一朵无法解释的尘埃云。
火星上的液态水曾经很常见，这意味着大气层比较厚。许多研究发现，随着时间的推移，由于太阳风的影响，火星的大气层已经被削弱。在地球上，磁场保护我们免受大部分风的影响。火星曾经有一个磁场，但核心的冷却导致磁场消失。
