Les sables bitumineux, ou sables goudronneux, sont une source non conventionnelle de pétrole. Les sables bitumineux sont un mélange de sable, d'argile et d'eau ainsi qu'une forme de pétrole dense et extrêmement collante appelée bitume.
Le bitume naturel se trouve dans de nombreux pays, les plus grandes quantités se trouvant au Canada, au Kazakhstan et en Russie. Les gisements mondiaux sont estimés à plus de 2 000 milliards de barils (320 milliards de mètres cubes). Ces estimations incluent les gisements qui n'ont pas encore été découverts. Environ 70 % de toutes les réserves prouvées se trouvent au Canada.
Le pétrole produit à partir des sables bitumineux est souvent appelé "pétrole non conventionnel", pour le séparer du pétrole liquide traditionnel. Le processus de production est très consommateur d'énergie, de sorte que le gain énergétique net est beaucoup plus faible que celui du pétrole traditionnel. La fabrication de combustibles liquides à partir des sables bitumineux nécessite beaucoup d'énergie et produit 12 % de plus de gaz à effet de serre par baril de produit final que la production de pétrole traditionnel. Ce n'est donc que récemment que les sables bitumineux ont été considérés comme faisant partie des réserves pétrolières mondiales. La hausse des prix du pétrole permet aujourd'hui une extraction et une transformation rentables.
