소노라 사막(Sonoran Desert, 스페인어: Desierto de Sonora)은 북아메리카에 위치한 사막으로, 미국과 멕시코의 국경 지대에 걸쳐 있다. 미국 쪽은 캘리포니아주와 애리조나주에, 멕시코 쪽은 소노라주, 바하칼리포르니아주, 바하칼리포르니아수르주에 분포한다. 힐러 강(Gila River)의 이름을 따서 '힐러 사막'이라고도 불린다.
면적은 자료에 따라 차이가 있는데, 한국어 위키백과 기준 약 311,000km²로 보고되며, 영어 위키백과 기준 약 260,000km²로 보고된다. 북미에 존재하는 사막 중에서 넓고 더운 편에 속한다. 코펜 기후 분류상 대부분이 열대 사막 기후(BWh)에 해당하며, 일부 고지대에서는 반건조 기후(BSh)가 나타난다. 겨울에 아열대적 온난함을 제공하고 연중 두 차례 강우기가 나타나는 것이 인근의 모하비 사막, 그레이트베이슨 사막, 치와와 사막과 구별되는 특징이다.
소노라 사막은 전 세계 어느 사막보다도 많은 식물 종이 서식하는 것으로 알려져 있다. 이 지역에서만 야생에서 자라는 사구아로 선인장(Carnegiea gigantea)과 오르간파이프 선인장(Stenocereus thurberi) 등 고유종이 다수 존재한다. 동물로는 힐라괴물, 살쾡이, 노새사슴, 가지뿔영양, 주머니쥐, 땅올빼미, 큰길주행사(roadrunner), 서부다이아몬드방울뱀, 엘프올빼미 등이 서식한다. 소노라 사막에는 약 350종의 조류, 20종의 양서류, 100종 이상의 파충류, 30종의 토착 어류, 1,000종 이상의 토착 꿀벌이 발견된다고 보고된다.
소노라 사막에서 가장 큰 도시는 애리조나주 피닉스로, 약 470만 명(2017년 기준)의 광역 인구를 보유한다. 두 번째로 큰 도시는 애리조나주 투산이며, 광역 인구가 약 100만 명을 넘는다. 멕시코 쪽에는 바하칼리포르니아주의 멕시칼리와 소노라주의 에르모시요가 주요 도시로 있다. 소노라 사막 지역에는 17개 이상의 아메리카 원주민 부족 문화가 존재한다.
보호 구역으로는 미국의 사구아로 국립공원, 오르간파이프 선인장 국립기념물, 조슈아 트리 국립공원, 소노라 사막 국립기념물, 애리조나-소노라 사막 박물관, 멕시코의 엘 피나카테 그란 데시에르토 데 알타르 생물권 보전지역 등이 있다. 엘 피나카테 보전지역은 북미에서 유일하게 활성 사구(dune) 지대를 포함하는 곳으로 알려져 있다.
소노라 사막은 지구상에서 가장 더운 사막 중 하나로 주장되기도 하나, 이에 대해서는 학계에서 지표면 온도 측정 방법에 따른 논쟁이 존재한다. 일부 연구에서는 이란의 루트 사막과 함께 가장 높은 지표 온도를 기록한 지역으로 보고되기도 하였다.
