Η Θάλασσα Amundsen είναι ένας βραχίονας του Νότιου Ωκεανού στα ανοικτά της Γης Marie Byrd στη δυτική Ανταρκτική. Οριοθετείται από το ακρωτήριο Flying Fish, το βορειοδυτικό άκρο της νήσου Thurston στα ανατολικά και το ακρωτήριο Dart στη νήσο Siple στα δυτικά. Ανατολικά του ακρωτηρίου Flying Fish αρχίζει η θάλασσα Bellingshausen. Η θάλασσα πήρε το όνομά της από τον Νορβηγό πολικό εξερευνητή Ρόαλντ Άμουντσεν.

Η θάλασσα είναι ως επί το πλείστον παγωμένη. Το στρώμα πάγου που εκβάλλει στη Θάλασσα Αμούνδσεν έχει μέσο πάχος περίπου 3 χιλιόμετρα. Έχει περίπου το μέγεθος της πολιτείας του Τέξας. Η περιοχή αυτή είναι γνωστή ως η περιοχή της θάλασσας Amundsen (ASE). Αποτελεί μία από τις τρεις μεγάλες λεκάνες αποστράγγισης πάγου του στρώματος πάγου της Δυτικής Ανταρκτικής.