Dolina Mesille (eng. Mesilla Valley, špa. Valle de la Mesilla) je zemljopisni objekt u južnom Novom Meksiku i na dalekom zapadu Teksasa. Oblikovale su ju ponavljane snažne proljetne počlave Rio Grandea.
Plodni dio ove doline proteže se od Radium Springsa do zapada El Pasa.[1] Plodnu dolinu karakterizira nekoliko preostalih bosquea, autohtono drveće Populus sect. Aigeiros (eng. cottonwood, nv. tʼiis) i rastuće invazivni tamarisk (lokalno znan kao slani cedar, eng. salt cedar), unešen ovamo u 19. stoljeću
Zato što je dolina plodna, poljodjelstvo je važna gospodarstvena djelatnost. Stahmann Farms[2] ovdje imaju najveći voćnjak pekana na svijetu, smještena južno od grada Las Crucesa. Plava djetelina (lucerna, alfalfa), pamuk, novomeksički čili (anaheim), crveni luk i kukuruz su ostali važni usjevi koje se uzgaja ovdje. Poznata je i po vinogradarstvu (Dolina Mesille (američko vitikulturno područje)) koje je došlo sa španjolskim istraživanjem ovih krajeva.
Dolina je bila dijelom Meksika do Gadsdenove kupnje 1853. godine.
U Dolini Mesille je istoimena geološka formacija, škriljevac iz doline Mesille. U dolini je jedno zaštićeno područje, državni park Bosque Doline Mesille (eng. Mesilla Valley Bosque State Park).