金星的大气层是金星周围的气体层。它主要由超临界二氧化碳组成，比地球的密度和温度高得多。地表温度为 740 K (467 C, 872 F)，压力为 93 bar (1,350 psi)，大致相当于地球水下 900 m (3,000 ft) 的压力。金星的大气层支持不透明的硫酸云，因此不可能对表面进行光学地球和轨道观测。有关地形的信息仅通过雷达成像获得。除了二氧化碳，另一个主要成分是氮。其他化合物仅以微量存在。除了表层外，大气处于剧烈循环状态。对流层上层呈现出一种超自转现象，其中大气在短短四个地球日内环绕地球一周，远快于地球恒星日的 243 天。支持超旋转的风以 100 m/s（360 km/h 或 220 mph）或更高的速度吹动。风的移动速度高达地球自转速度的 60 倍，而地球上最快的风只有 10% 到 20% 的自转速度。另一方面，随着从地表的高度降低，风速变得越来越慢，微风在地表上几乎没有达到 2.8 m/s（10 km/h 或 6.2 mph）的速度。两极附近是称为极涡的反气旋结构。每个漩涡都是双眼的，并显示出典型的 S 形云图案。上面有一个中间层，将对流层与热层分开。热层还具有强循环的特点，但其性质却大不相同。在阳光照射的半球，被阳光加热和部分电离的气体迁移到黑暗的半球，在那里它们重新结合并向下流动。与地球不同，金星没有磁场。它的电离层将大气层与外层空间和太阳风分开。这个电离层排除了太阳磁场，给金星一个独特的磁场环境。这被认为是金星的感应磁层。较轻的气体，包括水蒸气，被太阳风通过感应磁尾不断吹走。据推测，大约 40 亿年前的金星大气更像是地球表面的液态水。失控的温室效应可能是由地表水的蒸发和随后其他温室气体含量的上升引起的。尽管地表条件恶劣，但在地表以上约 50 至 65 公里处的大气压力和温度这颗行星与地球几乎相同，使其上层大气成为太阳系中最像地球的区域，甚至比火星表面还要多。由于压力和温度的相似性以及可呼吸空气（21% 氧气，78% 氮气）在金星上是一种提升气体，就像氦在地球上是一种提升气体一样，上层大气被提议为探索和殖民的位置。

麦哲伦宇宙飞船是美国 NASA 于 1989 年 5 月 4 日发射的重 1,035 千克（2,282 磅）的机器人太空探测器，用于使用合成孔径雷达绘制金星表面图并测量行星引力场。

麦哲伦探测器是第一个从航天飞机发射的行星际任务，第一个使用惯性上级助推器，也是第一个测试航空制动作为其轨道圆化方法的航天器。麦哲伦是美国宇航局第五次成功执行金星任务，它结束了美国行星际探测器发射长达 11 年的差距。