Hydroxylaminhydrochlorid se používá v organické syntéze pro přípravu oximů a hydroxamových kyselin z karboxylových kyselin, N- a O-substituovaných hydroxyaminů a adičních reakcí dvojné vazby uhlík-uhlík.

Během acetylbromidové metody extrakce ligninu z lignocelulózové biomasy Hydroxylaminhydrochlorid lze použít k odstranění bromu a polybromidu z roztoku.

Při povrchových úpravách se používá při přípravě prostředků proti stékání, inhibitorů koroze a čistících přísad. Je také výchozím materiálem pro výrobu léčiv a agrochemikálií. 

V gumárenském a plastikářském průmyslu je to antioxidant, urychlovač vulkanizace a lapač radikálů.

Používá se také jako fixátor textilních barviv, pomocný při některých barvicích procesech, jako pomocná látka pro extrakci a flotaci kovů, jako antioxidant v mastných kyselinách a mýdlech a jako stabilizátor barev a přísada do emulzí v barevných filmech.