La Sierra de Tilcara est une formation montagneuse située dans la province de Jujuy, à l’extrême nord-ouest de l’Argentine. Son altitude maximale est de 4500 m. s. l. m. La ville de Tilcara est située sur sa base occidentale.
La Sierra de Tilcara est orientée nord-sud et fait partie des chaînes de montagnes qui définissent les pentes orientales de la Quebrada de Humahuaca. La rivière Huasamayo et le ruisseau Chilcahuada prennent leur source dans la Sierra de Tilcara. Dans le bassin de la rivière Huasamayo, on trouve de nombreuses constructions préhispaniques liées à l’utilisation de ses eaux pour l’irrigation.
Des minéraux phosphatés ont été découverts dans le secteur sud de la chaîne de montagnes de Tilcara.