Hóa học môi trường (tiếng Anh: environmental chemistry) là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về các hiện tượng hóa học và sinh hóa xảy ra ở những khu vực tự nhiên. Không nên nhầm lẫn với hóa học xanh, vốn tìm cách giảm ô nhiễm tiềm ẩn tại nguồn. Nó có thể được định nghĩa là nghiên cứu về nguồn gốc, phản ứng, vận chuyển, tác động và số phận của các loại hóa chất trong các môi trường không khí, đất và nước; và tác động từ hoạt động con người và hoạt động sinh học lên chúng. Hóa học môi trường là một ngành khoa học liên ngành bao gồm hóa học khí quyển, hóa học nước và hóa học đất, cũng như phụ thuộc nhiều vào hóa phân tích, các ngành liên quan đến môi trường và các ngành khoa học khác. Hóa học môi trường trước hết liên quan đến việc hiểu môi trường không bị ô nhiễm hoạt động như thế nào, hóa chất nào ở nồng độ nào hiện diện tự nhiên và có tác dụng gì. Nếu không có điều này thì sẽ không thể nghiên cứu chính xác tác động của con người đối với môi trường thông qua việc giải phóng các hóa chất. Các nhà hóa học môi trường dựa trên một loạt các thông tin từ hóa học và các ngành khoa học môi trường khác nhau để hỗ trợ nghiên cứu của họ về những gì đang xảy ra với một loại hóa chất trong môi trường. Các nội dung chung quan trọng từ hóa học bao gồm hiểu các phản ứng và phương trình hóa học, dung dịch, đơn vị đo, lấy mẫu và kỹ thuật phân tích.