Karbon döngüsü, ekosistemdeki canlıların yapısını oluşturan en önemli biri olan karbonun, biyosfer, pedosfer, jeosfer, hidrosfer ve atmosfer arasında birbirleriyle değişerek oluşturulan ve biyolojik ve jeolojik bir kimyasal yapıda olan döngüdür.
Karbon, canlılardaki bütün organik bileşiklerin yapısında bulunur. Karbon döngüsü; karbonun fotosentez, ayrışma, aşınma, yakma, solunum, beslenme gibi olaylar sayesinde atmosfer, yerküre, suküre ve canlılar arasında devam olarak hareket etmesine karbon döngüsü adı verilir.
Dünyadaki önemli karbon depoları ise; atmosferde CO2, sularda CO2 ve HCO3-, karada genellikle kömür, petrol ve kireçtaşının yapısında yer alır. Atmosfer, okyanus, karasal ekosistemler ve çökeltiler arasındaki doğal karbon akışları oldukça dengelidir, böylece karbon seviyeleri insan etkisi olmadan kabaca sabit kalır.
Karbon döngüsü, Dünya’daki yaşamın devam edebilmesi için büyük bir öneme sahiptir.