بحر تيمور (الإندونيسية: Laut Timor، البرتغالية: Mar de Timor) هو بحر ضحل نسبيًا في المحيط الهندي، يحده من الشمال جزيرة تيمور، ومن الشمال الشرقي تيمور الشرقية، ومن الشمال الغربي إندونيسيا، ومن الشرق بحر آرافورا، ومن الجنوب أستراليا. ويُعد خندق سوندا أعمق نقطة في بحر تيمور، إذ يزيد عمقه على 3300 متر، ويفصل بين قارتي أوقيانوسيا في الجنوب الشرقي وآسيا في الشمال الغربي والشمال. يُعد بحر تيمور عرضةً للزلازل والتسونامي شمال خندق سوندا، نظرًا إلى موقعه على منطقة الحزام الناري، فضلًا عن النشاط البركاني، وقد يتعرض لأعاصير قوية لقربه من خط الاستواء.
يحتوي البحر على عدد من الشعاب المرجانية والجزر غير المأهولة واحتياطيات كبيرة من الهيدروكربون. وقد نشأت نزاعات دولية بعد اكتشاف هذه الاحتياطيات، ما أدى إلى توقيع معاهدة بحر تيمور.
تعرض بحر تيمور لأسوأ تسرب نفطي منذ 25 عامًا عام 2009.
من المحتمل أن يكون أول سكان أستراليا قد عبروا بحر تيمور من أرخبيل الملايو في وقت كانت فيه مستويات سطح البحر منخفضة.