血红蛋白存在于几乎所有的脊椎动物体内，在某些[[无脊椎动物]]组织也有分布。血液中的血红蛋白从呼吸器官中将氧气运输到身体其他部位释放，以满足机体氧化营养物质支持功能运转之需要，并将由此生成的二氧化碳带回呼吸器官中以排出体外。在哺乳动物中，血红蛋白占[[红细胞]]干重的97%、总重的35% <ref>[https://www.cndzys.com/renqun/teshu/523113.html 正常血红蛋白的值是多少]，大众养生网，2015-05-30 </ref> 。平均每克血红蛋白可结合1.34ml的氧气，是血浆溶氧量的70倍。一个哺乳动物血红蛋白分子可以结合最多四个氧分子。

血红蛋白的每个[[蛋白质亚基|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]] <ref>[http://www.med66.com/new/201202/yu201202074654.shtml 血红蛋白的构成]，医学教育网，2012-02-07</ref> 。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。