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結構生物學（Structural biology）是分子生物學、生物化學和生物物理學的分支學科，其研究涉及生物大分子（如蛋白質的分子和核酸的分子）的三級結構（tertiary structure）（包括構架和形態）、它們是如何獲得它們的結構、它們的結構改變如何影響其功能[1]。
生物學家對該主題非常感興趣，因為大分子實現了細胞的大多數功能，並且只有通過卷繞成特定的三維形狀才能實現這些功能；這種結構是分子的「三級結構」，它以複雜的方式依賴於每個分子的基本組成或「一級結構」（Primary structure）。
由於生物大分子的直徑一般為數個納米到數百個納米，即使用最先進的光學顯微鏡也因為太小而無法進行觀測。因此結構生物學家發展了各種方法來研究生物大分子的結構。目前用於研究生物大分子三維結構常用的實驗手段包括：
所有的這些研究方法都有其優點和缺陷，不同的研究對象需要採用不同的方法。如核磁共振光譜學比較適合研究小分子量（通常小於20kDa）的蛋白和蛋白相互作用位點的信息，而電子顯微學比較適合研究超大分子量蛋白複合物（通常遠大於100kDa）甚至亞細胞器的結構；因此往往需要通過結合不同的方法來互補。
在過去的幾年中高度精確的物理分子模型已經成為可能，以補充在生物結構的在矽片的研究。這些模型的實例可在蛋白質資料庫（PDB）中找到。
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- 佛朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森在DNA分子的結構研究上的貢獻而獲得了1962年諾貝爾生理學和醫學獎；
- 馬克斯·佩魯茨和約翰·肯德魯因為利用X射線晶體學研究了肌紅蛋白的三維結構而獲得了1962年諾貝爾化學獎；
- 多蘿西·克勞福特·霍奇金因為通過X射線晶體學確定了一些重要生化物質的結構而獲得了1964年諾貝爾化學獎；
- 亞倫·克拉格因為在利用電子晶體學測定生物物質的結構方面的貢獻而獲得了1982年諾貝爾化學獎；
- 赫伯特·豪普特曼和傑羅姆·卡爾勒因為在測定晶體結構的直接方法上的貢獻而獲得了1985年諾貝爾化學獎；
- 約翰·戴森霍費爾、羅伯特·胡貝爾和哈特姆特·米歇爾因為在解析光合作用中心的三維結構上的貢獻而獲得了1988年諾貝爾化學獎；
- 保羅·博耶和約翰·沃克因為在研究ATP酶結構方面的貢獻而獲得了1997年諾貝爾化學獎；
- 庫爾特·維特里希因為發明了利用多維核磁共振技術測定溶液中生物大分子三維結構的方法而獲得了2002年諾貝爾化學獎；
- 羅德里克·麥金農由於在細胞膜離子通道的結構和機理研究方面的貢獻而獲得了2003年諾貝爾化學獎；
- 羅傑·科恩伯格因為在真核轉錄的分子基礎研究上的貢獻而獲得了2006年諾貝爾化學獎；
- 文卡特拉曼·拉馬克里希南、托馬斯·施泰茨和阿達·約納特由於對核糖體結構和功能方面的研究而獲得了2009年諾貝爾化學獎；
- 羅伯特·萊夫科維茨和布萊恩·科比爾卡由於對G蛋白偶聯受體的研究而獲得了2012年諾貝爾化學獎；
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