هموگلوبین یک متالوپروتئین یا پروتئین فلزی، دارای اکسیژن در سلول‌های قرمز خون می باشد که در پستانداران و همچنین سایر مهره‌داران وجود دارد. برخی بی‌مهرگان هم در حمل و نقل اکسیژن از هموگلوبین استفاده کرده مثل کرم‌های آنلیدی که هموگلوبین را در خون حل می کنند. علاوه بر موارد گفته شده هموگلوبین به عنوان حامل برای انتقال اکسیژن در مراحل آبی زندگی لاروی برخی حشرات نیز مشاهده می شود. تنها تعداد کمی از مهره‌داران، مثل لارو مارماهی و برخی از گونه‌های یخ ماهیان قطب جنوب، هموگلوبین ندارند. هموگلوبین کارآمدترین حامل اکسیژن محسوب می شود که تاکنون شناخته شده است.
هموگلوبین به عنوان یک کمپلکس پروتئین و فلز، در شرایط مناسب با اتصالی سست و برگشت پذیر به اکسیژن اتصال پیدا می کند و سپس گاز اکسیژن را تحت شرایط متفاوتی آزاد خواهد کرد. در مهره‌داران، این ماده اکسیژن را از ریه‌ها یا آبشش‌ها به سایر بخش‌های بدن مثل عضلات منتقل می‌کند، در واقع عضلات از مکان‌هایی می باشند که هموگلوبین، اکسیژن را در آن‌ها آزاد خواهد کرد. از نظر ساختاری، هموگلوبین یک پروتئین کروی می باشد که در آن یک گروه آهن یا هم تعبیه شده است. هر گروه از هِم دارای یک اتم آهن می باشد و این گروه مسئول اتصال اکسیژن به هموگلوبین به حساب می‌آید. می توان گفت رایج‌ترین انواع هموگلوبین شامل چهار زیر واحد می باشد.
جهش در ژن پروتئین هموگلوبین باعث به وجود آمدن گروهی از بیماری‌های ارثی به نام هموگلوبینوپاتی می‌شود که رایج‌ترین گونه‌های این گروه از اختلالات، بیماری کم خونی سلول داسی شکل و تالاسمی به حساب می‌آیند.
هموگلوبین عاملی می باشد که رنگ قرمز را در خون ایجاد خواهد کرد، در هنگامی که هموگلوبین با اتصال به اکسیژن، مورد اکسیداسیون قرار می‌گیرد، رنگ قرمز روشن به خود خواهد گرفت و زمانی که هموگلوبین اکسیژن خود را در کنار سلول‌های بدن آزاد کرده به رنگ قرمز تیره تبدیل می شود. رنگ قرمز هموگلوبین به دلیل وجود اتم‌های آهن در ساختار آن می باشد.
