共生固氮作用是一種生物化學過程，其中固氮微生物（如根瘤菌）與植物（尤其是豆科植物）緊密地生活在一起，將空氣中的氮氣轉化為植物能夠吸收的氨，從而為植物提供必需的氮素營養。
這種共生關係對農業的可持續性發展至關重要，並且是研究原核與真核生物互利共生的模式體系之一。共生固氮作用主要分為兩類：豆科植物與根瘤菌的共生固氮和非豆科植物與微生物的共生固氮。在豆科植物與根瘤菌的共生體系中，根瘤菌侵入豆科植物的根部並形成根瘤，在根瘤內部將氮氣轉化為氨，然後供給給植物。非豆科植物與微生物的共生固氮則涉及放線菌和藍藻等微生物，例如魚腥藻與蕨類植物滿江紅（綠萍）形成的共生固氮體系。
此外，共生固氮作用在土壤中氧氣含量較高和存在足夠的化合態氮時會受到抑制或完全停止。