ร่องลึกก้นสมุทร (อังกฤษ: oceanic trench) เป็นร่องหลุมลึกของพื้นผิวท้องทะเลที่มีลักษณะภูมิประเทศยาว แคบ และโค้ง และถือว่าเป็นส่วนของมหาสมุทรที่ลึกที่สุด ร่องลึกก้นสมุทรถือเป็นหนึ่งในขอบเขตทางธรรมชาติที่สำคัญที่สุดบนพื้นผิวในส่วนที่เป็นของแข็งของโลกระหว่างแผ่นเปลือกโลกสองแผ่น ขอบเขตระหว่างแผ่นธรณีภาคชั้นนอกมี 3 ประเภท คือ ขอบเขตแนวแผ่นเปลือกโลกแยกตัว (divergent boundary) (เป็นขอบเขตที่เกิดขึ้นที่เทือกเขากลางสมุทร) ขอบเขตแนวแผ่นเปลือกโลกลู่เข้าหากัน (convergent boundary) (เป็นขอบเขตที่แผ่นธรณีภาคชั้นนอกจมลงไปใต้อีกแผ่นหนึ่งกลับลงไปสู่ชั้นเนื้อโลก) และขอบเขตที่แผ่นธรณีภาคชั้นนอกเคลื่อนที่ผ่านซึ่งกันและกัน (transform boundary) ร่องลึกก้นสมุทรเป็นลักษณะของขอบเขตระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่โดดเด่นชัดเจน โดยเป็นบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกมีการเคลื่อนที่เข้าหากันด้วยอัตราการลู่เข้าหากันที่แปรผันจากปีละไม่กี่มิลลิเมตรจนไปถึงสิบเซนติเมตรหรือมากกว่า ร่องลึกก้นสมุทรหนึ่ง ๆ เป็นตำแหน่งที่แผ่นธรณีภาคชั้นนอกหนึ่งมีการโค้งมุดลงไปใต้แผ่นธรณีภาคชั้นนอกอีกแผ่นหนึ่ง โดยทั่วไปแล้วร่องลึกก้นสมุทรจะขนานไปกับแนวหมู่เกาะรูปโค้ง (volcanic arc) และอยู่ห่างจากแนวหมู่เกาะรูปโค้งออกไปประมาณ 200 กิโลเมตร โดยทั่วไปร่องลึกก้นสมุทรจะมีความลึกประมาณ 3 ถึง 4 กิโลเมตรลงไปจากพื้นมหาสมุทรรอบข้าง ส่วนที่ลึกที่สุดอยู่ที่ร่องลึกชาลเลนเจอร์ของร่องลึกก้นสมุทรมาเรียน่าซึ่งมีความลึก 10,911 เมตรใต้ระดับทะเล แผ่นธรณีภาคชั้นนอกใต้มหาสมุทรจะเคลื่อนที่หายเข้าไปในร่องลึกก้นสมุทรด้วยอัตราประมาณ 10 ตารางเมตรต่อวินาที