Hydroksyyliamiinihydrokloridi käytetään orgaanisessa synteesissä oksiimien ja hydroksaamihappojen valmistamiseksi karboksyylihapoista, N- ja O-substituoiduista hydroksiamiinista ja hiili-hiili-kaksoissidoksen additioreaktioissa.

Asetyylibromidimenetelmän aikana ligniinin uuttamiseksi lignoselluloosabiomassasta Hydroksyyliamiinihydrokloridi voidaan käyttää poistamaan bromi ja polybromidi liuoksesta.

Pintakäsittelyissä sitä käytetään ihonestoaineiden, korroosionestoaineiden ja puhtaampien lisäaineiden valmistuksessa. Se on myös lähtöaine lääkkeiden ja maatalouskemikaalien valmistuksessa. 

Kumi- ja muoviteollisuudessa se on antioksidantti, vulkanointikiihdytin ja radikaalia poistava aine.

Sitä käytetään myös kiinnitysaineena tekstiiliväreille, apuaineena joissakin värjäysprosesseissa, metallin uuttamis- ja vaahdotusaineena, antioksidanttina rasvahapoissa ja saippuissa sekä värin stabilointiaineena ja emulsiolisäaineena värikalvoissa.