Miyoglobin (İngilizce: Myoglobin); genel olarak omurgalılardaki ve hemen hemen tüm memelilerdeki kas dokusunda bulunan demir ve oksijen bağlayıcı bir proteindir. Miyoglobin, yapısı çözümlenen ilk protein niteliğindedir. 1958’de ilk kez Max Perutz ve Sir John Cowdery Kendrew tarafından kristalografi ile yapısı çözümlenmiştir. Miyoglobin, kanda bulunan, bundan ziyade kırmızı kan hücresinde bulunan demir ve oksijen bağlayıcı niteliğe sahip olan hemoglobin ile uzaktan bir ilişkisi bulunmaktadır. Miyoglobin kas dokusundan başka bir dokuda bulunamaz, ancak kas dokusunda oluşan bir yaralanma sonucunda kan dolaşımına katılabilir. Kanda bulunuşu sıradışı bir durum olarak görülebilen miyoglobin, tanısal bir belirteç olabilir. Kas hasralanmasına duyarlı olan miyoglobin, göğüs ağrısı olan hastalarda kalp krizi için potansiyel bir belirteçtir. Ancak miyoglobinin kalp krizi tanısındaki özgünlüğü düşüktür; tanı koyulurken CK-MB, cTnT, EKG ve klinik bulguların dikkate alınması gerekmektedir. Rabdomiyoliz gibi kas hasarlanması sonucunda kandaki yoğunluğu artan miyoglobin, böbreklerce süzülür; ancak bu durum böbrekteki renal tübüler epiteller için toksiktir ve akut böbrek yetmezliğine neden olabilir.
Kas hücrelerindeki miyoglobinin yüksek yoğunluğu, organizmaların uzun süreliğine nefes tutmasına olanak tanır. Fok, yunus ve balina gibi dalış yapabilen memelilerin kaslarındaki miyoglobin miktarı oldukça yüksek bir düzeye sahiptir. Miyoglobin 'yavaş lifler', 'kırmızı lifler' olarak da adlandırılan 1. tip kas liflerinde bulunur. Çoğu metinlerde tip IIa ve tip IIb kas liflerinde (bunlar beyaz lif veya hızlı lif olarak da anılır) miyoglobinin bulunmayacağı bildirilmektedir.