世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物。纖維素在植物體中構成細胞壁網路，在網路之間填充著半纖維素和木素，共同擔負著支撐軀幹的作用。法國化學傢A.帕揚1837～1842年研究植物細胞壁成分時發現纖維素是一種由葡萄糖組成的物質，並命名為cellulose，由法語cellule（來源於拉丁文cellula）變化而成。纖維素主要來源於木材；在中國，由於森林資源不足，主要來源於非木材的原料（約占70％），其中包括棉花、棉短絨、麥草、稻草、蘆葦葦、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。
結構 纖維素是由D–吡喃型葡萄糖基彼此以1,4–β–苷鍵連接而成的、均一的高分子。在20世紀20年代，H.施陶丁格提出高分子化合物概念之後，在測定纖維素銅銨溶液黏度的基礎上，首次確定纖維素屬於高分子化合物。其結構式如下：
式中
n為聚合度。從上式可見，纖維素分子鏈除兩個端基外，每個葡萄糖基都有三個羥基，在分子鏈末端上多瞭一個仲羥基，在首端糖基上則多一個苷羥基。苷羥基不穩定，其氫原子容易轉移，引起氧橋的開裂而與氧結合，使
C
1轉變為醛基，顯還原性，故苷羥基常稱為隱性醛基。
纖維素是由不等長度，即不同聚合度的分子鏈組成的高聚物，這種性質稱為多分散性。實際測定的天然纖維素的聚合度是平均聚合度（約10 000）。因此，聚合度和多分散性對纖維素的化學反應和產品的物理力學性能有重要影響。由於纖維素是線型長鏈分子，具有為數眾多的羥基，彼此或與氧環中的氧原子能形成氫鍵而賦予分子鏈以剛性外，大量氫鍵對纖維素的物理、化學性質也有重大影響。當纖維素在一定空間范圍內，其分子之間形成的氫鍵在數量上多到能引起分子有序排列，出現特征X射線圖時，就是纖維素的結晶區，否則，為非結晶區。非晶區與結晶區之間並無明顯界限，而是連續過渡的。
性質 纖維素不溶於水及一般有機溶劑。但由於羥基的極性，水可進入非晶區，發生結晶區間的有限溶脹。某些酸、堿和鹽的水溶液在一定條件下，可滲入結晶區，產生無限溶脹，使纖維素溶解。溶脹和溶解對纖維素改性、衍生物制備和產品的加工成型都有重要意義。例如，纖維素在黃酸化和醚化反應前，必須進行堿處理，目的在於破壞氫鍵，釋放出更多的羥基，有利於反應的進行。
最常用的纖維素溶劑是Cu(NH3)4(OH)2（銅銨溶液）和[NH2CH2CH2NH2]Cu(OH)2（銅乙二胺溶液），它們可用來測定纖維素的聚合度。銅銨纖維就是纖維素銅銨溶液經凝固再生紡制的。此外，鎘、鎳、鈷、鋅等金屬的絡合物和酒石酸鐵鈉溶液也可作纖維素的溶劑。還有一些非水纖維素溶劑體系，如二甲基亞砜中加入少量多聚甲醛或N2O4，二甲基甲酰胺中加入N2O4或NOCl等。
制備 纖維素的工業制法是用亞硫酸鹽溶液或堿溶液蒸煮植物原料，主要是除去木素，分別稱亞硫酸鹽法和堿法。得到的物料稱為亞硫酸鹽漿和堿法漿，然後經過漂白進一步除去殘留木素，所得漂白漿可用於造紙。如果作為制備纖維素衍生物的原料，還需要盡可能除去半纖維素。
用途 纖維素可制紙張、纖維。纖維素分子中的羥基與化學試劑發生酯化或醚化反應，分別生成纖維素酯類（如硝酸纖維素、乙酸纖維素等）和纖維素醚類（如甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素等），用於制造塑料、炸藥、照相軟片、塗料及人造絲等。
人類膳食中的纖維素（膳食纖維）雖然不能被消化吸收，但有促進腸道蠕動、利於排便等功能。草食動物則依賴其消化道中的共生微生物將纖維素分解而吸收利用。