Hemoprotein sloužící k zásobování svalů a jiných periferních tkání kyslíkem. Je složen z jednoho polypeptidového řetězce (Mr. 16 000) a hemu. Myoglobin má kompaktní globulární strukturu, kde 75% řetězce je a- šroubovice.
Hem uvnitř molekuly je v kontaktu s histidinovými molekulami. Jeden z nich je vázán k atomu železa. Druhý histidin je na opačné straně, kde se váže molekula kyslíku. Samotný hem se snadno oxiduje. Proteinová část myoglobinu však brání oxidaci dvojmocného železa hemu na trojmocné. Poloha druhého histidinu značně snižuje afinitu hemu vůči oxidu uhelnatému.