Varmeverk er et teknisk anlegg for storskalaproduksjon av varme, vanligvis i form av varmt vann for anvendelse i et fjernvarmesystem. Størrelsen kan variere, fra å bare forsyne enkelte boligområder med varme, til å varme opp hele byer. Anlegget er mindre teknisk avansert enn et kraftvarmeverk, som i tillegg til varme også produserer elektrisitet.

Den vanligste varmekilden er forbrenning av ulike drivstoff, som olje, kull, ved og husholdningsavfall. Andre varmekilder som brukes er blant annet kjerneenergi og elektrisk energi.

Enklere og billige varmeverk brukes ofte i stedet for dyrere anlegg som krever en høy brukergrad for å være lønnsomme. Varmeverket har da ofte enklere renseutrustning som krever et renere og dyrere drivstoff for å leve opp til miljøkravene. Denne egenskapen gjør dem hensiktsmessige å bruke som toppbelastnings- eller reserveproduksjon i fjernvarmenett når det dyrere anlegget må stoppes for vedlikehold eller ikke strekker til.

Varmeverk er også en tidligere vanlig benevnelse på det foretaket som eier og driver et fjernvarmesystem. Benevnelsen ble i først omgang brukt av fjernvarmevirksomheter som ble drevet som en gren av kommunal forvaltning.