Regione desertica con una superficie di circa 132.000 km² che si trova nella parte settentrionale del Cile, tra il Rio Loa a nord e il Rio Copiapó a sud. Comprende parte delle regioni di Antofagasta e di Atacama, andando dal litorale dell'Oceano Pacifico sino alle montagne della Cordigliera della Costa (Ande), aprendosi in una depressione interna chiusa a est dalla Cordigliera Domeyko. Formata da una serie di bacini depressi colmati da materiali detritici o da depositi salini, è caratterizzata da un clima di tipo subdesertico, con scarsissima vegetazione (Mimosacee, cactus).
Sono presenti ricchi giacimenti minerari, soprattutto di nitrati, cloruri e solfati, ma anche di borace, argento e rame.

Il deserto di Atacama è divenuto famoso negli anni '70-'80 del XX secolo come "sede" della più grande concentrazione di grandi telescopi del mondo, presenti su alcune delle montagne più alte della sua area: Cerro Tololo e Las Campanas (con gli osservatori del Consorzio Interuniversitario Americano), La Silla (con l'osservatorio dell'ESO) e, soprattutto, Cerro Paranal dove nacque il VLT-Very Large Telescope dell'European Southern Observatory, che ospita quattro telescopi da 8,2 metri di diametro ciascuno, i quali possono lavorare da soli o tutti insieme, ricevendo la luce di un virtuale telescopio di ben 16 metri di diametro. Il clima secchissimo, l'assenza quasi totale di precipitazioni, la scarsissima presenza di nuvole rendono il cielo di questa zona uno dei migliori al mondo (con quello del Manua Kea alle Hawaii). E i risultati scientifici del VLT sono ormai fondamentali, specialmente se si tiene conto che la sua risoluzione finale è comparabile con quella dell'Hubble Space Telescope.