血红蛋白的合成是由原卟啉和亚铁离子结合成血红素，血红素再结合珠蛋白生成血红蛋白，所以血红蛋白呈现亚铁离子的红色。血红素是铁卟啉化合物，是血红蛋白的辅基，也是肌红蛋白、细胞色素、过氧化物酶等的辅基。

人体内的每一个血红蛋白由4个血红素和1个珠蛋白组成，每个血红素由四个吡咯类亚基组成一个环，中心为一个亚铁离子，珠蛋白的每条多肽链与一个血红素连接，构成血红蛋白的一个单体。