خوارزمية مونت كارلو (الإنجليزية: Monte Carlo algorithm) هي نوع من الخوارزميات عشوائية التي تعتمد على التكرار الإحصائي للوصول إلى نتائج قريبة جدا من الصحة، أي أن نتائجها قد تكون غير صحيحة باحتمالية معينة (عادةً ما تكون صغيرة). ولعل من أشهر الأمثلة على هذه الخوارزميات خوارزمية كارغر-شتاين، وخوارزمية مونت كارلو لمجموعة أقواس التغذية الراجعة الدنيا. كان عالم الرياضيات اليوناني نيكولاس متروبوليس هو أول من صاغ خوارزمية مونت كارلو في عام 1947، وقد سُميت بهذا الاسم نسبة إلى كازينو مونت كارلو الواقع في إمارة موناكو، والذي اشتهر عالميًا كرمز للمقامرة، وذلك نظراً لاعتماد الخوارزمية بالكامل على الحظ والاحتمالات العشوائية.
قد تتشابه خوارزميات مونت كارلو مع خوارزميات لاس فيغاس، غير أن الأخيرة لا تُفدم أبدًا إجابة خاطئة، كما أنّها قد تجري اختيارات عشوائية كجزء من عملها. ونتيجةً لذلك، فقد يختلف زمن التشغيل الذي تستغرقه خوارزميات لاس فيغاس لتنفيذ العمليات حتى مع استخدام نفس المدخلات. إذا وُجدت آلية للتحقق من صحة الإجابة التي تُقدمها خوارزمية مونت كارلو، وكانت احتمالية الإجابة الصحيحة أعلى من الصفر، فإن تشغيل الخوارزمية بشكل متكرر مع اختبار الإجابات سيؤدي في النهاية إلى إجابة صحيحة باحتمالية واحد.