De Baai van Tallinn of Golf van Tallinn (Estisch: Tallinna laht) is een baai binnen de territoriale wateren van Estland. De baai is een onderdeel van de Finse Golf, die op zijn beurt een onderdeel van de Oostzee is, en wordt begrensd door het schiereiland Viimsi in het oosten, de kust van de Estische hoofdstad Tallinn in het zuiden, het eiland Naissaar in het westen en het eiland Aegna in het noorden.
Het wateroppervlak van de baai bedraagt ongeveer 200 km². Dicht langs de kust is de baai tamelijk ondiep, maar de oevers lopen steil af. De grootste diepte is 100 meter.