組蛋白去甲基化酶（Histone demethylase，HDM）是一類酵素，可以移除組蛋白上的甲基修飾（包括單甲基和二甲基）并還原為非甲基化狀態。這些酶參與了多種生物學過程，并在細胞命運決定、基因表達調控以及許多疾病的進展中扮演重要的角色。
組蛋白去甲基化酶通過催化化學反應來促進組蛋白甲基基團的移除。具體而言，它們通過氧化反應使亞甲基化的組蛋白處于不穩定的狀態，并且可將其進一步分解成非甲基化組蛋白。這些酶的活性與它們所催化的底物（即甲基化的組蛋白標記）的類型、位置和數量有關。
組蛋白去甲基化酶可以影響許多生物學過程。例如，它們對基因表達和組蛋白構象的調節具有關鍵作用。組蛋白甲基轉移酶（HMTs）和組蛋白去甲基化酶共同作用可以形成組蛋白修飾狀態的平衡，并且這種平衡與基因表達和各種細胞過程的正常功能密切相關。此外，許多疾病也與HDMs活性異常有關。例如，在腫瘤、心血管疾病以及神經系統疾病中，組蛋白去甲基化酶的活性異常導致了基因表達調控失常。
組蛋白去甲基化酶通過移除組蛋白上的甲基修飾，調節基因轉錄和許多其他生物學過程的平衡狀態。對組蛋白去甲基化酶的深入研究有助于理解許多重要的生物學和疾病學問題，并提供新的診斷和治療策略的可能性。