血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质。
人体内的血红蛋白由四个亚基构成，分别为两个α亚基和两个β亚基，在与人体环境相似的电解质溶液中血红蛋白的四个亚基可以自动组装成α2β2的形态。
血红蛋白的每个亚基由一条肽链和一个血红素分子构成，肽链在生理条件下会盘绕折叠成球形，把血红素分子抱在里面，这条肽链盘绕成的球形结构又被称为珠蛋白。
血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合，珠蛋白肽链中第8位的一个组氨酸残基中的吲哚侧链上的氮原子从卟啉分子平面的上方与亚铁离子配位结合，当血红蛋白不与氧结合的时候，有一个水分子从卟啉环下方与亚铁离子配位结合，而当血红蛋白载氧的时候，就由氧分子顶替水的位置
血红蛋白是一种结合蛋白质，由珠蛋白和亚铁血红素组成的。
亚铁血红素是含亚铁原子的原卟啉，四分子的亚铁血红素和一个分子珠蛋白结合成一分子血红蛋白。亚铁血红素又由铁原子和原卟啉结合形成。
珠蛋白是由两对不同的肽链组成，正常珠蛋白肽链有6种，每条肽链各连接一个血红素分子，4条肽链，盘曲成一球状空间构型。以上三种物质有任何异常，都可导致血红蛋白的异常。比如珠蛋白的异常，可以引起地中海贫血。铁的缺乏，可以导致缺铁性贫血。血红素异常，称为原卟啉病。
