الهندسة الجزيئية الحيوية هي تطبيق المبادئ الهندسية والممارسات للتلاعب الهادف بالجزيئات ذات الأصل البيولوجي. يدمج مهندسو الجزيئات الحيوية معرفة العمليات البيولوجية مع المعرفة الأساسية بالهندسة الكيميائية من أجل التركيز على الحلول في المستوى الجزيئي للقضايا والمشاكل في علوم الحياة المتعلقة بالبيئة والزراعة والطاقة والصناعة وإنتاج الأغذية والتكنولوجيا الحيوية والطب.
يعالج مهندسو الجزيئات الحيوية بشكل هادف السكريات والبروتينات والأحماض النووية والشحوم في إطار العلاقة بين بنيتها (بنية الحمض النووي، كيمياء الكربوهيدرات، بنية البروتين)، ووظيفتها (وظيفة البروتين)، والخصائص، فيما يتعلق بإمكانية تطبيقها على مجالات مثل المعالجة البيئية، وإنتاج المحاصيل والمواشي، وخلايا الوقود الحيوي والتشخيص الجزيئي الحيوي.
تُدرَس الديناميكا الحرارية والحركية للتعرف على الجزيئات في الإنزيمات والأجسام المضادة وتهجين الحمض النووي والاقتران الحيوي/ التثبيط الحيوي والشلل البيولوجي. ويُولى الاهتمام أيضًا إلى أساسيات الجزيئات الحيوية المهندسة في تأشير الخلية، وحركية نمو الخلايا، وهندسة مسارات الكيمياء الحيوية وهندسة المفاعلات الحيوية.