วิตามินบี12 (อังกฤษ: vitamin B12, cobalamin) เป็นวิตามินละลายน้ำได้ที่เป็นกุญแจสำคัญในการทำงานเป็นปกติของสมองกับระบบประสาท และการสร้างเม็ดเลือดแดงเป็นรูปแบบหนึ่งของวิตามินบี 8 อย่างที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมในเซลล์ทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์ โดยมีผลเฉพาะต่อการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ เมแทบอลิซึมของกรดไขมันและกรดอะมิโน[1]ไม่มีเห็ดรา พืช หรือสัตว์ (รวมทั้งมนุษย์) ที่สามารถสร้างวิตามินบี12ได้มีแต่สิ่งมีชีวิตประเภทแบคทีเรียและอาร์เคียที่มีเอนไซม์เพื่อสังเคราะห์มันได้แหล่งของวิตามินที่ได้พิสูจน์แล้วเป็นผลิตภัณฑ์สัตว์รวมทั้งเนื้อ ปลา ผลิตภัณฑ์นม และอาหารเสริมแต่ก็มีงานวิจัยที่แสดงว่า ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ใช่มาจากสัตว์บางอย่างอาจเป็นแหล่งธรรมชาติของวิตามินได้ เพราะอยู่ร่วมกับแบคทีเรีย (bacterial symbiosis)วิตามินบี12 เป็นวิตามินที่ใหญ่ที่สุด มีโครงสร้างซับซ้อนที่สุด และสามารถสังเคราะห์โดยหมักแบคทีเรีย (bacterial fermentation-synthesis)แล้วใช้เสริมอาหารและเป็นวิตามินเสริมวิตามินบี12 เป็นกลุ่มสารประกอบที่มีโครงสร้างเคมีเกี่ยวข้องกัน (หรือที่เรียกว่า vitamer) ซึ่งมีฤทธิ์ทางชีวภาพและมีธาตุโคบอลต์ (Co) ที่ไม่สามัญทางเคมี-ชีวภาพ อยู่ตรงกลางวงแหวนเชิงระนาบแบบ tetra-pyrrole ที่เรียกว่าวงแหวน corrin (ดูรูป)ซึ่งสามารถผลิตได้โดยแบคทีเรีย hydroxocobalaminแต่ร่างกายสามารถแปรรูปแบบวิตามินไปในแบบต่าง ๆ ได้วิตามินค้นพบโดยความสัมพันธ์ของมันกับโรคภาวะเลือดจางเหตุขาดวิตามินบี12 (pernicious anemia) ซึ่งเป็นโรคภูมิต้านตนเอง และมีผลทำลายเซลล์ผนัง (parietal cell) ที่มีหน้าที่หลั่งไกลโคโปรตีน คือ intrinsic factor ในกระเพาะอาหารเซลล์เหล่านี้ยังมีหน้าที่หลั่งกรดย่อยอาหารในกระเพาะอีกด้วยเพราะว่า intrinsic factor จำเป็นต่อการดูดซึมวิตามินตามปกติ การขาดโปรตีนนี้เพราะโรค จึงทำให้ขาดวิตามินบี12ยังมีรูปแบบการขาดวิตามินแบบเบากว่าอื่น ๆ ที่ผลติดตามทางชีวเคมีก็ปรากฏชัดแล้ว[2]