עמק הירח (בספרדית: El Valle de la Luna) הוא עמק בצפון צ'ילה, 13 קילומטרים (8 מיל) מערבית לעיירה סן פדרו דה אטקמה במדבר אטקמה.

בעמק תצורות אבן וחול שנחצבו על ידי רוח ומים, במגוון מרשים של צבעים ומרקמים, והוא דומה מעט לפני הירח. כמו כן ניתן לראות בעמק אגמים יבשים שבהם המלח הופך לשכבת לבנה המכסה את פני האזור, ותצורות מלח מגוונות שנראות כמו פסלים מעשה ידי אדם. יש גם מגוון גדול של מערות.

עמק הירח הוא חלק משמורת הטבע לוס פלמנקוס . הוא הוכרז כשמורת טבע בשנת 1982 בגלל הסביבה הטבעית והנוף הירחי שממנו נגזר שמו.

העמק הוא חלק ממדבר אטקמה, אחד המקומות היבשים ביותר על פני כדור הארץ, מכיוון שבאזורים מסוימים בו לא ירדה טיפת גשם אחת במשך מאות שנים. אבות-טיפוס למארס רובר נבדקו שם על ידי מדענים בגלל השטח היבש והתצורות הלא-שגרתיות.