Sonda kosmiczna – bezzałogowy, prawie zawsze zautomatyzowany statek kosmiczny przeznaczony do prowadzenia badań naukowych w przestrzeni pozaziemskiej.
Sondy kosmiczne wynoszone są przez rakiety nośne lub na pokładzie wahadłowców. Wyposażone w aparaturę naukową (np. kamery, magnetometry, spektrometry, liczniki promieniowania), zbierają dane i dostarczają na Ziemię (obecnie prawie zawsze przesyłają je drogą radiową). Niektóre sondy kosmiczne powracają na naszą planetę z próbkami materii z innych ciał kosmicznych oraz z danymi zapisanymi na nośnikach informacji.