Hemoglobin, ofta förkortat Hb, ibland Hgb, är ett protein som finns i röda blodkroppar hos människan och många djur. Hemoglobinet står för syrgastransporten i blodet. I äldre litteratur stavas det ibland hämoglobin. Hemoglobinet transporterar syrgas från lungorna ut till kroppens övriga vävnader, exempelvis musklerna och hjärnan. Där lämnar hemoglobinet sitt syre och plockar upp avfallsprodukten koldioxid för att frakta den tillbaka till lungorna, där den lämnar kroppen.
Namnets hem kommer från hemoglobinets järninnehållande hemgrupp, som binder syrgasmolekylen och ger blodet dess röda färg, och globin syftar på själva proteinet som liksom övriga proteiner i blodet är globulärt, det vill säga mer eller mindre runt till formen. Halten av hemoglobin i blodet kan ses som ett mått på blodets förmåga till syrgastransport, och kallas blodvärde.