血红素加氧酶（英语：血红素 oxygenase；HO）是一种催化血红素降解的酶，其反应生成胆绿素、铁与一氧化碳。人体内的CO主要是由血红素氧化酶(HO)代谢产生的。HO有三种类型：氧应激诱导型(HO-1)、组成型 (超氧化氢)及尚未明确的HO-3。

血红素加氧酶从α-亚甲基桥处切开血红素环以生成胆绿素，或者如果血红素依然附着在珠蛋白上则会生成胆绿蛋白。胆绿素接下来被胆绿素还原酶转化为胆红素。反应以如下方式发生：

血红素 + NADPH + H+ + 2 O2 → 胆绿素 + Fe2+ + CO + NADP+ + H2O。

此反应事实上可以发生于任何细胞之中；其经典的例子莫过于瘀斑的形成，当它逐渐痊愈时他会经历这样的变色过程：红色的血红素变为绿色的胆绿素再变为黄色的胆红素。在正常生理学情况下，血红素加氧酶的活性在脾中是最高的，在其中衰老的红细胞被隔离起来并被销毁。

研究表明，HO-1不仅在机体生理状态下发挥作用，更主要是在机体其他非正常状态或应激状态发挥作用。HO-2主要分布在中枢神经系统及睾丸，HO-2产生的CO在神经信号传递中起重要作用，与CO发挥神经递质的作用密切相关。许多学者对HO及其产生CO的途径进行了详细的研究，表明通过这一途径产生CO的速度和数量为0.4ml/h(16.4μ摩尔/h)。现已知HO几乎分布于所有的器官和组织，并涉及整个生长发育过程，这提示CO的产生部位可能十分广泛。目前大量的研究证实CO是体内重要的细胞间信使，在心、脑和血管系统中起着重要的生物学效应，参与调节体内许多生理和病理过程。同时，CO作为一种新的神经递质也引起人们的关注，其在神经系统中的作用及其临床意义的研究，已成为神经科学一个新的研究热点。

现已发现三种血红素加氧酶的异构物。第一型血红素加氧酶（HO-1）是一种诱导型异构物，它对应激做出反应：如氧化压力、缺氧、重金属、细胞因子等。第二型血红素加氧酶（超氧化氢）是一种在稳态时即表达的组成异构物。HO-1与HO-2都在体内无所不在地被表达出来并且具有催化活性。第三型血红素加氧酶（HO-3）不具有催化活性，但常认为它的作用是用来测定氧气。