ชีวธรณีเคมี (อังกฤษ: Biogeochemistry) คือการศึกษาเชิงวิทยาศาสตร์บนพื้นฐานกระบวนการทางเคมี, ฟิสิกส์, ธรณีวิทยา, และชีววิทยา รวมถึงการปฏิกิริยาซึ่งควบคุมองค์ประกอบของสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติ (รวมถึงชีวาลัย, อุทกภาค, บรรยากาศ และธรณีภาค) และวัฏจักรของสสารและพลังงานต่างๆ ซึ่งลำเลียงสารประกอบต่างๆ ในโลกทั้งในเวลาและอวกาศ ชีวธรณีเคมีเป็นวิทยาศาสตร์ระบบ