Als Holzbau wird der Bereich des Bauwesens bezeichnet, der den BaustoffHolz nutzt, aber auch ein in Holzbauweise errichtetes Bauwerk selbst. Neben Vollholz werden auch Holzwerkstoffe eingesetzt.
Der Holzbau ist ein altes und eigenständiges Fachgebiet, das sich mit seinen spezifischen Techniken und Werkstoffen von anderen Bereichen des Bauwesens, wie beispielsweise dem Mauerwerksbau, dem Stahlbetonbau oder dem Stahlbau, abgrenzt. Unterschieden wird zwischen dem über Jahrhunderte überlieferten zimmermannsmäßigen Holzbau und dem seit Ende des 19. Jahrhunderts entwickelten Ingenieurholzbau.
Der Holzbau wird häufig in Kombination mit anderen Bautechniken angewendet. Es gibt beispielsweise Holzbalkendecken im Mauerwerksbau, Holzdachstühle auf Bauten aus Mauerwerk oder Beton, Dachbinder aus Holzfachwerken oder Holzleimbinder für Hallen und viele andere Anwendungsgebiete.
Welche Bedeutung der Holzbau in der jeweiligen regionalen Bauszene hat und welche Bauten üblicherweise als Holzbau realisiert werden, variiert von Kulturkreis zu Kulturkreis bzw. von Region zu Region. Im mitteleuropäischen Bereich, insbesondere in den Regionen des deutschen Sprachraums, werden z. B. Scheunen, Schuppen und einfache Hütten besonders oft als reine Holzbauten errichtet, während Wohn-, Geschäfts- und Bürobauten eher selten in Holzbauweise erstellt werden.
In den letzten Jahren wurden viele Häuser in Holz-Systembauweise gebaut. Die Systembauweise kennzeichnet sich dadurch, dass ganze Wandelemente unter kontrollierten Bedingungen fabrikmäßig vorgefertigt und anschließend auf der Baustelle montiert werden. Diese Art von Holzhäusern ist im Allgemeinen energieeffizienter und kostengünstiger als traditionelle Holzbauten. Die häufigsten Bauweisen, die in der Systembauweise angewendet werden, sind die Holztafelbauweise und die Rahmenbauweise.
Verschiedene Studiengänge im Bereich Holzbau und im sich damit überschneidenden Bereich Holztechnik werden angeboten.