威利斯顿盆地（Williston Basin）是北美洲内陆一个大型沉积盆地。

沿美国北达科他州西部、南达科他州西北部和蒙大拿州东部的落矶山脉东缘一带的大型沉积盆地。

盆地内有面积约11万平方千米的巨厚沉积层。其特征是有占面积大约285,000平方公里(110,000平方哩)的巨厚沉积层系。

这个盆地是在奥陶纪中期(大约4.65亿年前)由大陆平缓下弯形成的，是个重要的石油产地。石油采自盆地深部的石灰岩，天然气则采自最上部砂层。石油在盆地中的聚集，主要原因在於落矶山脉形成期间发生岩层的褶皱和断裂作用所造成的构造圈闭。，位于美国蒙大拿州东部，北达科他州和南达科他州西部，加拿大萨斯喀彻温省南部，落基山脉东麓。该地区在中奥陶纪时期（距今约4.72亿至4.62亿年）开始坳陷，在之后的4亿年里的不同时期被上升的海洋淹没，从而导致有海洋沉积物在盆地内逐渐积累。富有石油和天然气资源。石油产自盆地深部的石灰岩，天然气则采自最上部砂层。石油在盆地中的聚集主要是由于落基山脉在形成时期发生岩层的褶皱和断裂作用形成了构造圈闭。