色氨酸羟化酶（英语：Tryptophan hydroxylase，EC 1.14.16.4）也称为色氨酸5-单加氧酶，简称TPH，是合成神经递质5-羟色胺的过程中重要的酶。色氨酸羟化酶可催化如下酶促反应：
以上反应还需要亚铁离子作为辅酶。
功能
色氨酸羟化酶可以使色氨酸的C5羟基化，使色氨酸转化为5-羟色氨酸（5-HTP）。这一催化氧化反应是神经递质5-羟色胺生物合成过程中的启示步及限速步。色氨酸羟化酶也是褪黑素生物合成过程中需要用到的种酶。
色氨酸羟化酶（TPH）与酪氨酸羟化酶（TH）、苯丙氨酸羟化酶（PAH）等皆为芳香族氨基酸羟化酶超家族（superfamily）的成员，负责催化重要代谢途径中的关键步骤。与酪氨酸羟化酶、苯丙氨酸羟化酶类似，色氨酸羟化酶也以(6R)-L-赤型-5,6,7,8-四氢生物蝶呤（BH4）及双氧（O2）作为氧化还原的底物。
人类的色氨酸羟化酶若受到某些物质（如对氯苯丙氨酸）的抑制，可能会引发抑郁症。
色氨酸羟化酶的酶活性（即色氨酸羟化酶将L-色氨酸转化为5-羟色胺前体L-5-羟色氨酸的反应速率）可以在被蛋白激酶A等激酶催化磷酸化后增加。