Biologická termodynamika (řecky bios = život a logikos = rozum + řecky termos = teplo a dynamika = energie) je v termodynamice studium transformace energie v biologických vědách. Definitivněji lze biologickou termodynamiku definovat jako kvantitativní studium energetických transdukcí, které se vyskytují v živých organismech, strukturách a buňkách a mezi nimi, a povahy a funkce chemických procesů, které jsou základem těchto transdukcí.
Živé buňky a organismy musí vykonávat práci, aby zůstaly naživu, rostly a rozmnožovaly se. Schopnost využít energii z různých metabolických cest tak, aby ji usměrnily do biologické práce, je základní vlastností všech živých organismů. Termodynamicky se množství energie schopné vykonávat práci během chemické reakce měří kvantitativně změnou Gibbsovy volné energie.
Typický důraz je kladen na termodynamické aplikace v biologii a biochemii. Patří mezi ně první termodynamický zákon, druhý termodynamický zákon, Gibbsova volná energie, statistická termodynamika, vazebná rovnováha, reakční kinetika a hypotézy o původu života. V současné době se biologická termodynamika zabývá studiem vnitřní biochemické dynamiky jako: hydrolýza ATP, stabilita proteinů, vazba DNA, difúze membrány, kinetika enzymů a další takové základní energie řízené dráhy. Biologická termodynamika může být také synonymem pro ‚bioenergetiku‘.