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La mer d'Amundsen est située dans l'océan Antarctique.
Située à l'ouest de la mer de Bellingshausen et à l'est de la Mer de Ross, elle longe la Terre Marie Byrd, sur la côte ouest du continent antarctique. Elle est délimitée à l'ouest par le Cap Dart et à l'est par l'île Thurston. La mer d'Amundsen est recouverte la plupart du temps par la banquise.
Elle tient son nom du capitaine et explorateur norvégien Roald Amundsen qui l'a traversé en février 1929 lors de son expédition dans l'Antarctique de 1928-29.