生物地球化学（せいぶつちきゅうかがく、英語：biogeochemistry）とは、地球上の自然環境を形づくる化学的、物理学的、地質学的、生物学的過程について科学的研究を行う学問分野である。地球を生物圏、水圏、土壌圏、大気圏、岩石圏（リソスフェア）に分け、各サブシステム間での物質・エネルギーの移動・循環を調べる。特に、炭素や窒素などの生物を構成する生体元素の時間的・空間的循環は人間を含めた全生物の生存に深く関わるため、重要な研究テーマである。各地質年代における物質循環のあり方を知ることで、未来の物質循環を予測することも研究の範囲に入る。オゾンホールや地球温暖化などの環境問題の高まりに応じて生物地球化学の重要性も増しており、気候学、生態学、海洋学、土壌学などと密接に関係する。生物地球化学はシステムズシンキングの一種である。