En hydrogenbinding er en svak kjemisk binding mellom et hydrogenatom bundet i et molekyl sammen med et elektronegativt atom, og et annet elektronegativt atom i et annet molekyl.
En hydrogenbinding er en spesiell form for dipolar binding. Den er derimot mye sterkere enn vanlige dipolare bindinger, altså krever det mye mer energi å bryte en slik binding. Det fører med seg et høyere kokepunkt i stoffer som har hydrogenbindinger.
Vann er et stoff med karakteristiske egenskaper som følge av hydrogenbinding. Blant annet har vann relativt høyt kokepunkt og sterk overflatehinne i forhold til andre lignende stoffer.
Hydrogenbindinger spiller en viktig rolle i biokjemi. Proteiner og DNA er to eksempler på funksjonelle biokjemiske substanser hvor hydrogenbindinger er ansvarlig for en uunnværlig del av strukturen.