Val di Fiemme (tysk Fleimstal) er ein dal i Trentino-Alto Adige nord i Italia i fjellområdet Dolomittane.
Dalen består av kommunane:
I lag med Val di Fassa og Val di Cembra utgjer dalen nedslagsfeltet til Avisio.
Austerrike og Italia krangla lenge om suverenitet over dalen og ei løysing på konflikten kom først i 1971.
Som ein turistattraksjon er Val di Fiemme mest kjend som eit skisportområdet, og har vore vertskap for Ski-VM i både 1991,2003 og 2013 . Området var kandidat til 2011 men dei tapte for Oslo om Ski-VM 2011.
Val di Fiemme sitt skiområdet heiter Val di Fiemme-Obereggen.
I området nær Cavalese har det vore to store kabelvognulukker, ein i 1976 og ein i 1998. I 1985 kollapsa Val di Stava-demninga og 268 menneske i Tesero mista livet.