Mads Dittmann Mikkelsen (Kopenhagen, 22 november 1965) is een Deense filmacteur. Hij is de jongere broer van acteur Lars Mikkelsen. Hij is getrouwd met de choreografe Hanne Jacobsen en heeft twee kinderen.
Nadat Mikkelsen zijn opleiding aan de toneelschool van Århus had afgerond, maakte hij zijn filmdebuut in Pusher. Daarna speelde hij in enkele andere populaire films als Blinkende Lygter, The Green Butchers en Pusher II. Een van de bekendste rollen van Mikkelsen was die van politierechercheur in de Deense televisieserie Rejseholdet. Mikkelsen speelde daarnaast ook in de Jerry Bruckheimer-productie King Arthur als Tristan.
De rol waardoor Mikkelsen in het buitenland bekend is geworden, is die van de slechterik Le Chiffre in de James Bondfilm Casino Royale uit 2006. In 2012 won Mikkelsen de prijs voor de beste acteur van het Filmfestival van Cannes voor zijn hoofdrol in het drama Jagten van Thomas Vinterberg.