mały|300x300px|Model wstęgowy cząsteczki hemoglobiny. Cztery zasocjowane podjednostki, z których każda zawiera cząsteczkę hemu (zaznaczoną na zielono) thumb|300px|Miejsce i odsetek syntezy łańcuchów hemoglobiny w życiu pre- i postnatalnym thumb|300px|Krzywa wysycenia hemoglobiny w zależności od ciśnienia cząstkowego tlenu thumb|300px|Porównanie krzywych saturacji mioglobiny (Mb) z hemoglobiną A (HbA) i hemoglobiną płodową (HbF)
Hemoglobina (gr. αἷμα haîma „krew”, łac. globus „kula”), oznaczana też skrótami Hb lub HGB – czerwony barwnik krwi, białko zawarte w erytrocytach, którego zasadniczą funkcją jest transportowanie tlenu – przyłączanie go w płucach i uwalnianie w tkankach. Prawie wszystkie kręgowce posiadają hemoglobinę, z wyjątkiem ryb z rodziny bielankowatych.
Wśród ssaków hemoglobina stanowi około 96% suchej masy i około 35% masy całkowitej (z uwzględnieniem wody) krwinki czerwonej. Hemoglobina ma zdolność wiązania tlenu 1,34 ml O2 na gram, co zwiększa całkowitą pojemność tlenową krwi 70-krotnie w porównaniu do tlenu rozpuszczonego w samym osoczu krwi.
Mutacje genu hemoglobiny prowadzą do chorób dziedzicznych: anemii sierpowatej, talasemii lub rzadkich chorób zwanych hemoglobinopatiami.