حوض الربع الخالي هو حوض رسوبي داخلي رئيسي تبلغ مساحته حوالي 560,000 كيلومتر مربع (220,000 ميل2) في جنوب المملكة العربية السعودية وشمال شرق اليمن وجنوب شرق عمان وجنوب شرق الإمارات العربية المتحدة. تُعرَّف الأراضي البرية الواقعة على حوض صدع الدهر الوسيط جغرافيًا باسم الربع الخالي وتغطي مناطق نجران والرياض والمنطقة الشرقية. يرتبط الحوض جيولوجياً بالقوس العربي الأوسط في الشمال، ودفع عمان في الشرق، وقوس حضرموت الشمالي في الجنوب، والدرع العربي في الغرب. من الناحية السياسية، يتم تشكيل الحدود الجنوبية الغربية من خلال الحدود مع اليمن وتشكل الحدود مع عمان الحدود الجنوبية الشرقية.
تتراوح الطبقات الطبقية للحوض من البروتيروزويك إلى الحديث وتتألف من دورات مختلفة من الرواسب البطنية والكربونية مفصولة بعدم المطابقة الإقليمية. يحتوي العمود الطبقي على مستويات مختلفة من التكوينات الصخرية المصدر، والخزانات والأختام شائعة في تتابع الباليوزويك المتأخر والميزوزويك. تتشكل الفخاخ عن طريق ضغط اقتحام عمان في الشرق.
بالمقارنة مع المناطق المنتجة للبترول في شمال الحوض، فإن حوض الربع الخالي غير مكتشوف نسبيًا ويحتوي على حقلي نفط منتجين (الشيبة والرملة) وحقل للغاز كيدان. قام تقييم نظام البترول الإجمالي الذي أجرته هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في عام 2019 بتحليل إمكانات الحوض، مع وجود أنظمة قصيبة سلورية وطباشيري ثمامة / واسيا الأكثر إنتاجًا.