L'atmosphère de Vénus est la couche de gaz entourant Vénus. Il est composé principalement de dioxyde de carbone supercritique et est beaucoup plus dense et plus chaud que celui de la Terre. La température à la surface est de 740 K (467 C, 872 F) et la pression est de 93 bars (1350 psi), soit à peu près la pression trouvée à 900 m (3000 pieds) sous l'eau sur Terre. L'atmosphère vénusienne supporte des nuages ​​​​opaques d'acide sulfurique, rendant impossible l'observation optique terrestre et orbitale de la surface. Les informations sur la topographie ont été obtenues exclusivement par imagerie radar. Outre le dioxyde de carbone, l'autre composant principal est l'azote. D'autres composés chimiques ne sont présents qu'à l'état de traces. Au-delà des couches superficielles, l'atmosphère est dans un état de circulation vigoureuse. La couche supérieure de la troposphère présente un phénomène de super-rotation, dans lequel l'atmosphère fait le tour de la planète en seulement quatre jours terrestres, beaucoup plus rapidement que le jour sidéral de la planète de 243 jours. Les vents soutenant la super-rotation soufflent à une vitesse de 100 m/s (360 km/h ou 220 mph) ou plus. Les vents se déplacent jusqu'à 60 fois la vitesse de rotation de la planète, tandis que les vents les plus rapides de la Terre n'ont qu'une vitesse de rotation de 10 à 20 %. D'autre part, la vitesse du vent devient de plus en plus lente à mesure que l'élévation de la surface diminue, la brise atteignant à peine la vitesse de 2,8 m/s (10 km/h ou 6,2 mph) en surface. Près des pôles se trouvent des structures anticycloniques appelées tourbillons polaires. Chaque vortex est à double œil et présente un motif caractéristique de nuages ​​en forme de S. Au-dessus se trouve une couche intermédiaire de mésosphère qui sépare la troposphère de la thermosphère. La thermosphère est également caractérisée par une forte circulation, mais de nature très différente, les gaz chauffés et partiellement ionisés par la lumière solaire dans l'hémisphère éclairé par le soleil migrent vers l'hémisphère sombre où ils se recombinent et descendent. Contrairement à la Terre, Vénus est dépourvue de champ magnétique. Son ionosphère sépare l'atmosphère de l'espace extra-atmosphérique et du vent solaire. Cette couche ionisée exclut le champ magnétique solaire, donnant à Vénus un environnement magnétique distinct. Ceci est considéré comme la magnétosphère induite de Vénus. Les gaz plus légers, y compris la vapeur d'eau, sont continuellement emportés par le vent solaire à travers la magnétoqueue induite. On suppose que l'atmosphère de Vénus jusqu'à il y a environ 4 milliards d'années ressemblait davantage à celle de la Terre avec de l'eau liquide à la surface. Un effet de serre incontrôlable peut avoir été causé par l'évaporation de l'eau de surface et l'augmentation subséquente des niveaux d'autres gaz à effet de serre. Malgré les conditions difficiles à la surface, la pression atmosphérique et la température à environ 50 à 65 km au-dessus de la surface de la planète est presque la même que celle de la Terre, ce qui fait de sa haute atmosphère la zone la plus semblable à la Terre du système solaire, encore plus que la surface de Mars. En raison de la similitude de pression et de température et du fait que l'air respirable (21 % d'oxygène, 78 % d'azote) est un gaz porteur sur Vénus de la même manière que l'hélium est un gaz porteur sur Terre, la haute atmosphère a été proposée comme un lieu d'exploration et de colonisation.

Le vaisseau spatial Magellan était une sonde spatiale robotique de 1035 kilogrammes (2282 lb) lancée par la NASA des États-Unis, le 4 mai 1989, pour cartographier la surface de Vénus à l'aide d'un radar à synthèse d'ouverture et pour mesurer le champ gravitationnel planétaire.

La sonde Magellan a été la première mission interplanétaire à être lancée depuis la navette spatiale, la première à utiliser le propulseur inertiel de l'étage supérieur et le premier vaisseau spatial à tester l'aérofreinage comme méthode de circularisation de son orbite. Magellan était la cinquième mission réussie de la NASA sur Vénus, et elle a mis fin à une lacune de onze ans dans les lancements de sondes interplanétaires américaines.