Kjellströmdalen er en 27 km lang og 3-5 km bred dal på midtre Spitsbergen, lengst øst i Nordenskiöld Land og danner grensen mot Heer Land. Dalen er en bred og flatbunnet u-dal, og i dalbunnen renner den sterkt forgreinete Kjellströmelva, som renner ut i Van Mijenfjorden.
Ytterst danner dalen en tidevanns-lagune kalt Braganzavågen, og ved denne ligger gruvesamfunnet Sveagruva. Umiddelbart før Sveagruva går en liten sidedal med isbre inn til gruven Svea Nord, med veiforbindelse.
Dalen går nordøstover innover i fjellandskapet, med 800 meter høye topper i øst og 900 meter høye i vest. En sideelv, Lundströmelva, danner Lundströmdalen som skiller lag med Kjellströmdalen midtveis. Denne sidedalen går nordover og krysser over i Reindalen helt øverst i denne. ferdselen fra Sveagruva til Reindalen og Longyearbyen går likevel ikke omveien gjennom denne tilgjengelige krysningsdalen, men rett over fjellet via Slakbreen.
Det er ingen vernestatus i Kjellströmdalen.
Dalen har fått sitt navn etter den svenske topografen Carl Johan Otto Kjellström (1855–1913).[1]