La ionosfera marciana es una capa de la atmósfera de Marte cuyos gases se encuentran ionizados debido a la radiación solar. Sus características y capas son diferentes a los de la ionosfera terrestre, mucho más estudiada.
Gran parte de las características que conocemos de la ionosfera marciana provienen de los obtenidos por la sonda Mars Express, que alcanzó Marte a finales de 2003 y de su radar MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), que comenzó a operar en 2005.