พิธีสารมอนทรีออลว่าด้วยสารทำลายชั้นบรรยากาศโอโซน (อังกฤษ: Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer) คือสนธิสัญญาสากลที่กำหนดขึ้นเพื่อควบคุม, ยับยั้ง และรณรงค์ให้ลดการผลิตและการใช้สารทำลายชั้นบรรยากาศโอโซน เพื่อรักษาชั้นบรรยากาศโอโซนที่เริ่มจะสูญสลายไปเนื่องจากสารเหล่านี้ โดยพิธีสารได้เปิดให้ประเทศต่างๆ ลงนามเป็นประเทศภาคีสมาชิกในวันที่ 16 กันยายน พ.ศ. 2530 (1987) และเริ่มใช้บังคับตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2532 (1989) เป็นต้นมา ตั้งแต่นั้นมา ได้มีการแก้ไขปรับปรุงพิธีสาร 5 ครั้งด้วยกัน ครั้งแรก ณ กรุงลอนดอน สหราชอาณาจักร เมื่อ พ.ศ. 2533 (1990), ครั้งที่สอง ณ กรุงโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก เมื่อ พ.ศ. 2535 (1992), ครั้งที่สาม ณ กรุงเวียนนา สาธารณรัฐออสเตรีย เมื่อ พ.ศ. 2538 (1995), ครั้งที่สี่ ณ เมืองมอนทรีออล ประเทศแคนาดา เมื่อ พ.ศ. 2540 (1997) และครั้งที่ห้า ณ กรุงปักกิ่ง สาธารณรัฐประชาชนจีน เมื่อ พ.ศ. 2542 (1999) เนื่องจากมีการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง ทั้งได้รับเสียงสนับสนุนและชื่นชมจากนานาประเทศและหลาย ๆ องค์กร พิธีสารมอนทรีออลจึงได้รับการยกย่องให้เป็นตัวอย่างการร่วมมือกันระหว่างประเทศในการแก้ไขปัญหาในระดับนานาชาติ