光合磷酸化是光合作用中的一個關鍵過程，涉及在光照條件下，利用電子傳遞鏈產生的能量來合成腺苷三磷酸(ATP)。
這個過程在植物葉綠體的類囊體膜或光合細菌的載色體中進行。在光合磷酸化過程中，葉綠素分子吸收光能後被激活，釋放電子並在電子傳遞系統中傳遞。隨著電子的傳遞，逐步釋放能量，這就是光合磷酸化的基本動力。在電子傳遞的過程中，質子梯度被建立，這驅動ATP合成酶，將腺苷二磷酸(ADP)和無機磷酸(Pi)轉化為ATP，從而將光能轉化為化學能。
光合磷酸化可以分為循環式和非循環式兩種類型，循環式光合磷酸化中，電子傳遞和磷酸化同時發生，而非循環式光合磷酸化中，電子傳遞是非循環的，通常最終來自於水，傳遞到氧化型輔酶II(NADP+)，在形成ATP的同時釋放氧氣並形成還原型輔酶II(NADPH)。